沙氏激光雷达系统的噪声抑制及信号漂移校正研究

发布时间：2020-05-14 16:28

【摘要】：本文立足于近年来发展起来的新型沙氏大气激光雷达技术,重点开展了大气回波信号的多项数字信号处理工作。沙氏大气激光雷达系统是基于沙姆定律成像的原理,使用图像传感器接收连续激光的后向散射信号,并利用像素序列获取不同距离上的大气回波信号。相比于传统脉冲激光雷达,由于发射和接收系统的差异,节省了大量经济成本,具有良好的适用性和推广性。本论文目的在于解决沙氏激光雷达系统中的信号噪声问题,提高系统的信噪比,为下一步的反演分析提供高信噪比的大气回波信号。同时,针对系统中存在的信号漂移问题和近端数据点采集过于密集的问题,提出了初步的解决方案。本论文首先介绍了大气环境监测的背景以及沙氏大气激光雷达系统原理,然后从系统的硬件和原理出发分析了系统的噪声来源和噪声性质。针对沙氏大气激光雷达系统噪声特点,选取了叠加平均滤波器、有限长单位冲击响应滤波器(FIR Filter)、SavitzkyGolay滤波器三种滤波方案,在详细阐述了滤波器的滤波原理和设计原则后,精心设计了相应的数字滤波器。在对信号进行滤波处理之后,为了评价信号的噪声处理效果,建立了噪声水平的评价体系。根据量化的评价标准,最终选取了合适的滤波器,提升了系统的稳定性,在保证信号不失真的条件下显著提高了信噪比。此外,针对沙氏大气激光雷达近端数据点过多的特点,设计了重采样算法,在不影响信噪比的前提下把近端的数据量压缩了4倍左右。对于沙氏大气激光雷达系统中存在的信号漂移问题,实现了在一定时间段内具有自动校正能力的算法。本论文的研究工作,为沙氏大气激光雷达系统中的信号分析提供了高信噪比实验数据,使得沙氏大气激光雷达系统后续的反演计算准确度得到明显提升。同时针对系统存在的近端数据点采集较多和信号漂移设计的重采样算法和自动校正漂移算法进一步增强了系统的鲁棒性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN958.98;TB535

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本文编号：2663627