[發明專利]一種激光雷達近場飽和問題的判別及優化方法

在審

• 申請號: 202011304590.9
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112505662A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 趙讀亮;王燕飛;余龍寶
• 申請（專利權）人: 合肥師范學院
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S7/48
• 代理公司: 安徽申策知識產權代理事務所(普通合伙) 34178
• 代理人: 梁維尼

1.一種激光雷達近場飽和問題的判別，其特征在于，該判別包括以下步驟；

步驟一、獲取參考線相關系數；繪制出ln(P(r)*r²)與r的關系曲線，選取0～3km高度范圍內的該相關曲線，并采用最小二乘法對該曲線進行線性擬合，并得到參考線性相關系數；其中，P(r)為激光雷達后向散射回波信號光功率，r為檢測點到激光雷達的距離；

步驟二、計算大氣透氣率和高消光值空間范圍；激光雷達正常使用時，分析軟件實時計算0～3km范圍內大氣透過率，同時計算消光系數處于90％最大消光值以上的距離范圍；

步驟三、獲得線性相關系數，并判斷該值是否超標；水平探測模式下，采集數據并保存，幾何重疊因子修正后，繪制出ln(P(r)*r²)與r的關系曲線，選取0～3km高度范圍內，采用最小二乘法對該曲線進行線性擬合，并得到線性相關系數；如果得到的線性相關系數低于80％，或者低于參考線性相關系數的90％，則認為光電探測器進入非正常的飽和區；

所述步驟一中，繪制出ln(P(r)*r²)與r的關系曲線的方法為：選定良好天氣狀況，激光雷達設置為水平探測模式，采集數據并保存，幾何重疊因子修正后，繪制出ln(P(r)*r²)與r的關系曲線。

2.根據權利要求1所述的一種激光雷達近場飽和問題的判別，其特征在于，所述步驟二中，激光雷達采取水平探測或垂直探測中的一種；若激光雷達探測方式垂直探測，滿足大氣透過率低于某個設定值，或者消光系數處于90％最大消光值以上的距離范圍為1km；隨后將雷達設置為水平狀態，再進行計算，判斷，調整，修正。

3.根據權利要求1所述的一種激光雷達近場飽和問題的判別，其特征在于，所述步驟二中，激光雷達探測器飽和區判別的前提條件為：如果大氣透過率低于某個設定值，或者消光系數處于90％最大消光值以上的距離范圍為1km，需要將雷達設置為水平探測模式，隨后進行探測器飽和區判別。

4.一種激光雷達近場飽和問題的優化方法，其特征在于，該優化方法包括以下步驟：

步驟S1、獲取參考線相關系數；

步驟S2、計算大氣透氣率和高消光值空間范圍；

步驟S3、獲得線性相關系數，并判斷該值是否超標；水平探測模式下，采集數據并保存，幾何重疊因子修正后，繪制出ln(P(r)*r²)與r的關系曲線，選取0～3km高度范圍內，采用最小二乘法對該曲線進行線性擬合，并得到線性相關系數，如果得到的線性相關系數低于80％，或者低于參考線性相關系數的90％，則認為光電探測器進入非正常的飽和區；

步驟S4、光電探測器通過工程機連接電壓調節器，電壓調節器通過高壓供電電壓與光電探測器連接；工程機內設置有數據采集器、采集軟件、分析軟件、電壓調節算法，數據采集器連接到光電探測器上，數據采集器由采集軟件控制，采集軟件與分析軟件數據連接，分析軟件內置反演算法和飽和判別，飽和判別輸出到電壓調節算法上；電壓調節算法輸出到電壓調節控制器上；

電壓調節控制器調節激光雷達的高壓供電電壓，激光經過大氣時與大氣中的分子和粒子發生散射和吸收等物理作用，粒子和分子散射的光信號一部分沿著激光傳播相反的方向返回，光電探測器接收光信號轉換為電信號，被工程機中的數據采集器采集并經二進制數據儲存；存儲的二進制數據通過分析軟件內的反演算法，達到飽和判別，最終變成想要的大氣參數；飽和判別通過電壓調節算法控制電壓調節控制器；

工程機通過采集軟件、分析軟件、電壓調節算法，利用RS232接口連接電壓調節控制器，小范圍地降低光電探測器的供電高壓，重復步驟S4的操作，反復迭代，直到滿足步驟S4中設定的判斷條件為止；

降低光電探測器的供電電壓時，調節的幅值按優化算法調節；

步驟S5、光電探測器的線性工作區優化完成，進入激光雷達正常使用模式。

5.根據權利要求4所述的一種激光雷達近場飽和問題的優化方法，其特征在于，所述優化算法包括：

步驟S41、計算當前擬合線性相關系數與參考相關系數的初始差值；

步驟S42、在滿足光電探測器正常線性工作電壓區內，引入經典的比例積分微分PID算法。