[發(fā)明專利]基于深度學習的大氣臭氧遙感激光雷達數(shù)據(jù)融合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010424063.5
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN112285709B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設計）人: 蔣媛;王桂寶;盧超;廖桂生;賈建科
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41;G01S7/48
• 代理公司: 北京中仟知識產權代理事務所(普通合伙) 11825
• 代理人: 田江飛

1.一種基于深度學習的大氣臭氧遙感激光雷達數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：

激光雷達數(shù)據(jù)的格式可以定義如下：

激光雷達數(shù)據(jù)被表示為數(shù)據(jù)的集合：

D＝{H(t₁),H(t₂),...,H(t_m)}H(t_i)＝{H₁(t₁),H₂(t₂),...,H_n(t_m)}

其中：H_j(t_i)表示一定高度和探測時間下激光雷達回波強度的大小，其中探測高度為j(j＝1，2，3，...，n)，數(shù)據(jù)采集時間為t_i(i＝1，2，3，.，m)；采樣距離間隔r是激光雷達的距離分辨率；H_i＜H_j，Dj(ti)和Dj(ti+1)是兩個相鄰的數(shù)據(jù)點，激光雷達數(shù)據(jù)是一個二維結構的數(shù)據(jù)集

雷達的距離分辨率表示如下：

其中，Δf_r表示發(fā)送信號的頻帶，c表示監(jiān)視距離；為了提高距離分辨率，應增加發(fā)射信號的帶寬；

天線波束角寬表示為雷達工作波長λ與天線孔徑寬度D_a的比值；實際孔徑雷達的方位分辨率可以表示如下：

其中，R_s表示目標與天線之間的距離；提高方位分辨率，天線孔徑必須達到一定寬度，為了避免天線孔徑引起的方位分辨率降低，在成像領域引入了合成孔徑；

高分辨率，SAR的距離分辨率單元可以通過徑向的寬帶信號壓縮到亞米級，通過雷達設備平臺在方位的移動，在空間上形成線性陣列，SAR利用信號處理技術處理主動發(fā)射和接收信號，實現(xiàn)小孔徑虛擬大孔徑，并對目標進行高分辨率全景成像；

瞬時斜率距離k(t_m；k₀)目標A可表示如下；

在現(xiàn)實中，通過調頻，線性調頻(LFM)信號可以得到一個大的時間帶寬寬度乘積，易于產生和處理；信號表示如下：

式中，T_p表示脈沖寬度f_c表示載波頻率，γ表示調制頻率；調制連續(xù)波的復包絡線為，解調后，目標接收的延時回波信號如下：

其中，τ表示延遲，可以用下列方程計算：

如果是點目標，則接收點的目標回波的基頻信號在距離快時位慢時域(域)可以表示如下：

式中，a_r()表示雷達LFM信號的窗口函數(shù)，距離窗口函數(shù)為：， a_a()表示方位窗口函數(shù)，σ_n表示目標的反射系數(shù)；

基于DL的CNN-SAR信號重建網(wǎng)絡包括一個隨機稀疏觀測層，同時，在特征提取映射部分，將全連接替換為局部連接，以減少網(wǎng)絡參數(shù)，通過多個卷積層和池層形成深度卷積重建網(wǎng)絡；原始SAR回波數(shù)據(jù)通過隨機稀疏觀測輸出隨機欠采樣回波數(shù)據(jù)；式中a和N_r表示方位角和距離方向的奈奎斯特采樣點，而N_sa和N_sr表示下采樣后方位角和距離方向的采樣點，經(jīng)過對卷積層和池化層的編碼和重構，得到重構的SAR回波數(shù)據(jù)：雷達回波數(shù)據(jù)作為一種復雜的數(shù)據(jù)類型，可以看作是一種雙通道圖像：第一通道數(shù)據(jù)為實部數(shù)據(jù)，第二通道為虛部數(shù)據(jù)，可以表示為：待下采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過5×5×128的卷積層后，進行非線性特征映射：后進行5×5×128的卷積層和Relu的非線性特征映射，得到高階特征：然后通過具有2×2的池窗口的池層，執(zhí)行上述操作以獲得重建信號；再進行實數(shù)和復數(shù)的轉換，即以重構信號的第一通道為實部，以第二通道為虛部，最后得到重構的SAR回波數(shù)據(jù)；

多層次卷積池化后，網(wǎng)絡后端獲得的數(shù)據(jù)特征仍然是抽象的；減少數(shù)據(jù)重構帶來的誤差，將第四層池前的輸出特性加入到卷積層5×5×128之前的網(wǎng)絡后端，使網(wǎng)絡后端能夠學習數(shù)據(jù)的初級和高級抽象特性，有利于信號恢復。