一种用于激光雷达信号的自适应分段平滑算法

王玉诏

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.005

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一种用于激光雷达信号的自适应分段平滑算法

王玉诏

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一种用于激光雷达信号的自适应分段平滑算法

王玉诏

1.
北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院, 北京 100875

作者简介: 王玉诏（1984-），男，讲师，现主要从事大气探测激光雷达系统设计及数据反演的研究。E-mail：zz0525wyz@163.com.

基金项目:
国家八六三高技术研究发展计划资助项目（2012AA120901）
中图分类号: TN958.98;TN249

An adaptive segment smoothing algorithm for lidar signal

WANG Yuzhao

1.
College of Global Change and Earth System Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
CLC number: TN958.98;TN249

摘要: 为了抑制米散射大气探测激光雷达回波噪声引起的信号随机波动，采用新设计的自适应分段平滑方法对信号进行平滑处理。根据激光雷达信号特性，信号有效变化幅值大于信号背景噪声波动。以背景噪声标准差的若干倍表示信号的噪声幅度。按照相邻信号幅值差与噪声幅度的对比，可以确定信号发生有效变化的位置，这些位置可以作为信号分段端点，在分段端点内用滑动平均可以实现对信号的自动分段平滑。用实测微脉冲激光雷达信号对方法进行了验证，并与常用固定分段平滑方法进行了对比。结果表明，自适应分段平滑方法可以根据信号变化的剧烈程度自动选择平滑窗口大小，在对噪声进行有效抑制的同时，避免平滑过度造成的信号畸变。
- 大气光学 /
- 激光雷达 /
- 平滑 /
- 自适应 /
- 分段
Abstract: In order to suppress the random signal fluctuations caused by the echo noise of Mie scattering atmospheric probe laser radar, a new adaptive segmentation smoothing method was designed to smooth the signal. According to the characteristics of lidar signal, the effective changing amplitude of the signal is greater than the change of background noise. The amplitude of the signal noise could be expressed by several times of the standard deviation of the background noise. After comparing the amplitude difference of the adjacent signal with the noise amplitude, the effective position of signal change was determined. These positions could be recorded as the segmental endpoints of the signal. The common moving average algorithm was applied to each segment of the lidar signal. The method was examined by using the actual micro pulse lidar signal and compared by the common fixed segment algorithm. The results show that the adaptive segment smoothing method can choose the size of the smoothing window automatically according the intensity of the signal change. The noise is suppressed effectively and the signal distortion caused by excessive smooth is avoided.
- atmospheric optics /
- lidar /
- smooth /
- adaptive /
- segment

[1]	DAI Y J. Principle of lidar[M]. Beijing: National Defence Industry Press, 2002:3-10(in Chinese).
[2]	MEASURES R M.Laser remote sensing: fundamentals and applications[M]. New York, USA:Wiely, 1984:5-8.
[3]	EARRETT E W, BEN-DOV O. Application of the lidar to air pollution measurements[J]. Journal of Applied Meteorology,1967,6(3):500-515.
[4]	BENISTON M, WOLF J P, BENISTON-REBETEZ M, et al. Use of lidar measurements and numerical models in air pollution research[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 1990, 95(D7):9879-9894.
[5]	LIU J J, ZHENG Y F, LI Zh Q, et al. Seasonal variations of aerosol optical properties, vertical distribution and associated radiative effects in the Yangtze delta region of China[J].Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2012,117(D16): D00K38.
[6]	BO G Y, ZHONG Zh Q, WANG B X, et al. Retrieval of aerosol and cloud optical parameters based on Raman lidars[J]. Laser Technology, 2012,36(5):597-601(in Chinese).
[7]	FERNALD F G. Analysis of atmospheric lidar observations: some comments[J]. Applied Optics, 1984,23(5): 652-653.
[8]	REAGAN J A, MCcORMICK M P, SPINHIRNE J D. Lidar sensing of aerosols and clouds in the troposphere and stratosphere[J]. Proceedings of the IEEE, 1989, 77(3): 433-448.
[9]	ZHANG H Y, FAN G H, ZHANG T H, et al. Research on wavelet denoising for echo signal of lidar[J]. Foreign Electronic Measurement Technology, 2012,31(5):52-55 (in Chinese) .
[10]	TAO X H, HU Y H, LEI W H, et al. Application of empirical mode decomposition in atmospheric echo processing of lidar[J]. Laser Technology, 2008,32(6):590-592 (in Chinese) .
[11]	WANG Y Zh, ZHANG Y Ch, CHEN S Y, et al. Half-step interpolation iteration method for smoothing lidar echo[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology,2011,31(12):1424-1426(in Chinese).
[12]	WU D Ch, LIU B, CHEN T, et al. The method to estimate the ratio of laser radar echo signal//Album of 2009 Fifth Session of Jiangsu and Anhui Two Province Atmosphere Detection, Remote Sensing and Electronic Technology Symposium on Environmental. Yangzhou: Jiangsu Province Meteorological Society,2009:12-15 (in Chinese).

[1]	刘玉丽 . 探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达. 激光技术, 2018, 42(4): 541-544. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.04.020
[2]	陶小红 , 胡以华 , 雷武虎 , 蔡晓春 . 经验模式分解用于激光雷达大气回波处理. 激光技术, 2008, 32(6): 590-592,595.
[3]	徐强 , 沈思 , 谢修敏 , 吴鹏 , 周强 , 邓光伟 , 王浟 , 宋海智 . 可用于激光雷达的量子光学技术. 激光技术, 2021, 45(1): 44-47. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.01.008
[4]	刘琳琳 , 杨杰 , 黄见 , 苑克娥 , 尹凯欣 , 胡顺星 . 激光雷达观测淮南大气SO₂和NO₂浓度廓线实例分析. 激光技术, 2019, 43(3): 353-358. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.012
[5]	梁琨 , 马泳 , 程飞 , 王宏远 . 基于布里渊激光雷达测量大气声速误差分析. 激光技术, 2009, 33(1): 94-96.
[6]	刘兵 , 王巨胜 , 杨泽后 , 李晓锋 , 樊冬 , 任鹏 , 李斌 , 罗雄 , 冯力天 . 基于非视线红外激光大气散射通信技术研究. 激光技术, 2014, 38(6): 854-858. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.06.028
[7]	杨军 , 王慧 , 章曦 . 大气湍流对部分相干激光瑞利区间影响的研究. 激光技术, 2016, 40(3): 456-460. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.03.033
[8]	姜楠 , 李晓英 , 牛春晖 , 刘鑫 . 大气湍流对激光空间传输特性影响的实验研究. 激光技术, 2022, 46(5): 708-712. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.05.022
[9]	谌娟 , 柯熙政 , 张娜 , 卢宁 . FSO-MIMO中的自适应多层空时编码. 激光技术, 2013, 37(2): 158-164. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.02.006
[10]	钱天 , 陆健 , 唐懋 , 张冲 , 张宏超 . 飞秒激光致双液滴光学击穿和等离子体分布研究. 激光技术, 2023, 47(2): 193-199. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.02.006
[11]	赵尚弘 , 石磊 , 李玉江 , 朱蕊频 . 飞秒激光脉冲在大气中的光丝现象及其应用. 激光技术, 2003, 27(3): 256-258.
[12]	陈文革 , 黄铁侠 , 卢益民 . 机载海洋激光雷达发展综述. 激光技术, 1998, 22(3): 147-152.
[13]	董吉辉 , 胡企铨 . 空间碎片的激光雷达探测. 激光技术, 2007, 31(2): 185-187,191.
[14]	刘秋武 , 陈亚峰 , 王杰 , 王晓宾 , 曹开法 , 黄见 , 胡顺星 . 差分吸收NO₂激光雷达光源的设计与实现. 激光技术, 2018, 42(4): 433-439. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.04.001
[15]	闫顺生 , 李海花 . 利用喇曼-米方法确定激光雷达几何因子. 激光技术, 2013, 37(4): 511-514. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.04.021
[16]	卢益民 , 杜竹峰 , 黄铁侠 , 杨宗凯 . 激光雷达视场角的研究. 激光技术, 1999, 23(1): 46-50.
[17]	曹开法 , 汪少林 , 方欣 , 谢军 , 赵培涛 , 胡顺星 , 胡欢陵 . 激光偏振技术压缩激光雷达信号动态范围. 激光技术, 2009, 33(1): 60-62.
[18]	刘长久 , 杨华军 , 赖燔 . 空间交会激光雷达信息测量技术. 激光技术, 2006, 30(6): 608-610,613.
[19]	张育真 , 汪岳峰 , 董伟 , 刘杰 , 殷智勇 . 多普勒激光雷达回波信号的蒙特卡罗模拟. 激光技术, 2009, 33(4): 344-346,350. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.003
[20]	汪少林 , 曹开法 , 胡顺星 , 魏合理 . 对激光雷达几何因子的分析与测量. 激光技术, 2008, 32(2): 147-150.

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一种用于激光雷达信号的自适应分段平滑算法

王玉诏

作者简介: 王玉诏（1984-），男，讲师，现主要从事大气探测激光雷达系统设计及数据反演的研究。E-mail：zz0525wyz@163.com

1. 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院, 北京 100875

收稿日期: 2013-09-16
录用日期: 2013-12-11
网络出版日期: 2014-09-25

基金项目: 国家八六三高技术研究发展计划资助项目（2012AA120901）

关键词:

摘要: 为了抑制米散射大气探测激光雷达回波噪声引起的信号随机波动，采用新设计的自适应分段平滑方法对信号进行平滑处理。根据激光雷达信号特性，信号有效变化幅值大于信号背景噪声波动。以背景噪声标准差的若干倍表示信号的噪声幅度。按照相邻信号幅值差与噪声幅度的对比，可以确定信号发生有效变化的位置，这些位置可以作为信号分段端点，在分段端点内用滑动平均可以实现对信号的自动分段平滑。用实测微脉冲激光雷达信号对方法进行了验证，并与常用固定分段平滑方法进行了对比。结果表明，自适应分段平滑方法可以根据信号变化的剧烈程度自动选择平滑窗口大小，在对噪声进行有效抑制的同时，避免平滑过度造成的信号畸变。