本發(fā)明涉及一種雙波長(zhǎng)多視場(chǎng)海洋剖面激光雷達(dá)的波形處理方法，屬于海洋激光雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、國(guó)外海洋探測(cè)激光雷達(dá)的研究始于20世紀(jì)60年代，美國(guó)、加拿大和澳大利亞等國(guó)先后研制和試驗(yàn)了第一代激光水深測(cè)量系統(tǒng)，建立了海洋激光探測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。激光雷達(dá)具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、時(shí)空分辨率高等特點(diǎn)，是探測(cè)近海岸淺海地形和水深的有力工具。

2、針對(duì)海洋探測(cè)激光雷達(dá)波形處理方法，目前最常用的有兩類(lèi)：擬合法和反卷積法。擬合法是將回波信號(hào)表達(dá)為多個(gè)高斯函數(shù)的疊加形式，進(jìn)而獲得海面回波和海底回波的位置；反卷積法假設(shè)激光穿透海水并返回接收系統(tǒng)的過(guò)程等效為卷積過(guò)程，通過(guò)對(duì)回波信號(hào)反卷積從而去除噪聲獲得原始信號(hào)。這兩類(lèi)方法在海洋回波信號(hào)處理上取得了一定的成效，但需要反復(fù)多次迭代，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。此外，上述處理方法僅考慮從單通道回波波形中識(shí)別海面和海底回波信號(hào)，未考慮將雙波長(zhǎng)、偏振、大小視場(chǎng)多個(gè)通道聯(lián)合，快速、準(zhǔn)確識(shí)別不同深度、不同水質(zhì)下的回波信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中，難以實(shí)現(xiàn)多通道回波信號(hào)處理、難以適應(yīng)多視場(chǎng)需求的問(wèn)題，提出了一種雙波長(zhǎng)多視場(chǎng)海洋剖面激光雷達(dá)的波形處理方法。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

3、一種雙波長(zhǎng)多視場(chǎng)海洋剖面激光雷達(dá)的波形處理方法，包括：

4、采集各通道的原始回波信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，對(duì)歸一化處理后信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理以消除噪聲信號(hào)；

5、對(duì)低通濾波處理后信號(hào)進(jìn)行信號(hào)局部最大值提??；

6、于峰值提取后的峰值集合中，通過(guò)條件判別法提取符合要求的峰值；

7、利用對(duì)應(yīng)峰值進(jìn)行多通道聯(lián)合計(jì)算，確定原始回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前水深值。

8、對(duì)始回波信號(hào)進(jìn)行歸一化處理及低通濾波處理的方法為：

9、對(duì)各通道采集的當(dāng)前水深位置目標(biāo)的原始回波信號(hào)進(jìn)行峰值歸一化處理，獲取歸一化處理后信號(hào)后，利用fir低通濾波器進(jìn)行信號(hào)低通濾波處理，用于消除歸一化處理后信號(hào)中的噪聲信號(hào)。

10、信號(hào)局部最大值提取方法為：

11、進(jìn)行信號(hào)峰值檢測(cè)：

12、dt(sign(dt(w)))＜0

13、式中，w為波形數(shù)據(jù)，函數(shù)dt(w)＝w(t+1)-w(t)，函數(shù)sign為：

14、

15、式中，滿(mǎn)足峰值檢測(cè)法表達(dá)式的峰值位置為t+1個(gè)。

16、通過(guò)條件判別法提取峰值集合中符合要求的峰值的方法為：

17、以噪聲閾值法作為條件判別法，保留回波強(qiáng)度大于thn的信號(hào)峰值，剔除回波強(qiáng)度小于等于thn的信號(hào)峰值，閾值thn的表達(dá)式具體為：

18、thn＝3μn

19、式中，μn為噪聲特征值。

20、多通道聯(lián)合計(jì)算的方法為：

21、確定激光雷達(dá)的接收通道，包括1064nm通道、532nm小視場(chǎng)平行偏振通道、532nm小視場(chǎng)垂直偏振通道、532nm通道，針對(duì)各接收通道確定對(duì)應(yīng)的條件判別后提取的對(duì)應(yīng)峰值點(diǎn)；

22、以1064nm通道對(duì)應(yīng)峰值點(diǎn)作為海面峰值，其余各接收通道峰值點(diǎn)作為海底峰值；

23、根據(jù)各接收通道的采樣率設(shè)計(jì)計(jì)算各通道對(duì)應(yīng)的聯(lián)合水深；

24、根據(jù)各通道對(duì)應(yīng)的聯(lián)合水深進(jìn)行聯(lián)合判別，確定當(dāng)面目標(biāo)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前水深值。

25、所述各通道對(duì)應(yīng)的聯(lián)合水深的計(jì)算方法為：

26、當(dāng)以1064nm通道對(duì)應(yīng)峰值點(diǎn)作為海面峰值，532nm小視場(chǎng)平行偏振通道對(duì)應(yīng)峰值作為海底峰值時(shí)，計(jì)算當(dāng)前水深結(jié)果記為h1；

27、當(dāng)以1064nm通道對(duì)應(yīng)峰值點(diǎn)作為海面峰值，532nm小視場(chǎng)垂直偏振通道對(duì)應(yīng)峰值作為海底峰值時(shí)，計(jì)算當(dāng)前水深結(jié)果記為h2；

28、當(dāng)以1064nm通道對(duì)應(yīng)峰值點(diǎn)作為海面峰值，532nm大視場(chǎng)通道對(duì)應(yīng)峰值作為海底峰值時(shí)，計(jì)算當(dāng)前水深結(jié)果記為h3；

29、根據(jù)水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3作為聯(lián)合水深值集合。

30、聯(lián)合判別確定當(dāng)面目標(biāo)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前水深值的方法為：

31、對(duì)水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2的關(guān)系計(jì)算結(jié)果及預(yù)設(shè)判別閾值α進(jìn)行比較判斷，若關(guān)系計(jì)算結(jié)果為不小于判別閾值，則直接判斷水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α的關(guān)系；若水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2的關(guān)系計(jì)算結(jié)果為小于判別閾值，則繼續(xù)判斷水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α，水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α的關(guān)系；

32、若水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α，水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α間同時(shí)滿(mǎn)足不小于判別閾值，則以水深結(jié)果h3作為當(dāng)前目標(biāo)水深值；

33、若水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α，水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α間不同時(shí)滿(mǎn)足不小于判別閾值，則進(jìn)行判斷如下：

34、若水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α為不小于判別閾值，水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α為小于判別閾值，則以mean(h2，h3)作為當(dāng)前目標(biāo)水深值；

35、若水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α為小于判別閾值，水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α的關(guān)系為不小于判別閾值，則以mean(h1，h3)作為當(dāng)前目標(biāo)水深值。

36、當(dāng)水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2及預(yù)設(shè)判別閾值α的關(guān)系計(jì)算結(jié)果不小于判別閾值，根據(jù)水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果與預(yù)設(shè)判別閾值α的關(guān)系確定當(dāng)前目標(biāo)水深值，若根據(jù)水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h2的關(guān)系計(jì)算結(jié)果小于預(yù)設(shè)判別閾值α，則以mean(h1，h2，h3)作為當(dāng)前目標(biāo)水深值，否則以水深結(jié)果h3作為當(dāng)前目標(biāo)水深值。

37、水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2的關(guān)系計(jì)算結(jié)果為：

38、水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果為：

39、水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果為：

40、水深結(jié)果h1、水深結(jié)果h2、水深結(jié)果h3的關(guān)系計(jì)算結(jié)果為：

41、若則判斷與是否同時(shí)成立；若成立，則判斷是否成立；

42、若以mean(h2，h3)作為當(dāng)前目標(biāo)水深值，若以mean(h1，h3)作為當(dāng)前目標(biāo)水深值；

43、若以h3作為當(dāng)前目標(biāo)水深值；若以mean(h1，h2，h3)作為當(dāng)前目標(biāo)水深值。

44、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

45、(1)本發(fā)明提供的一種雙波長(zhǎng)多視場(chǎng)海洋剖面激光雷達(dá)的波形處理方法，適用于雙波長(zhǎng)偏振多視場(chǎng)海洋剖面激光雷達(dá)，針對(duì)激光雷達(dá)采用1064nm和532nm雙波長(zhǎng)大能量激光發(fā)射、深淺水多視場(chǎng)接收、偏振探測(cè)、多通道高低增益拼接等技術(shù)手段，可實(shí)現(xiàn)海表和淺水的強(qiáng)散射回波信號(hào)與深水微弱回波大動(dòng)態(tài)探測(cè)，并通過(guò)對(duì)回波連續(xù)采樣實(shí)現(xiàn)海水剖面測(cè)量，滿(mǎn)足水面測(cè)高、水底測(cè)深、海洋水體剖面的精細(xì)化探測(cè)需求。激光回波信號(hào)被分為1064nm通道、532nm大視場(chǎng)通道、532nm小視場(chǎng)平行偏振通道、532nm小視場(chǎng)垂直偏振通道，以滿(mǎn)足不同環(huán)境下對(duì)海面、海底和水下目標(biāo)的大動(dòng)態(tài)同步探測(cè)；

46、(2)本發(fā)明聯(lián)合1064nm、532nm雙波長(zhǎng)數(shù)據(jù)提取水深，可在不進(jìn)行復(fù)雜的擬合運(yùn)算基礎(chǔ)上，提高海面及海底波峰提取準(zhǔn)確率，兼顧運(yùn)行效率，具備工程化實(shí)現(xiàn)能力，同時(shí)通過(guò)雙波長(zhǎng)、偏振、深淺視場(chǎng)聯(lián)合的水深計(jì)算方法。當(dāng)水深較淺時(shí)，信號(hào)易飽和，此時(shí)淺水視場(chǎng)獲取的海底峰值位置較為準(zhǔn)確；當(dāng)水深較深時(shí)，信噪比降低使回波信號(hào)淹沒(méi)，此時(shí)深水視場(chǎng)獲取的海底峰值位置較為準(zhǔn)確。該方法聯(lián)合深淺視場(chǎng)、偏振通道進(jìn)行判別，可有效提高水深計(jì)算準(zhǔn)確率。