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专利号: 2019102683706
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机载LiDAR测深数据的漫衰减系数提取方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:获取机载LiDAR测深原始数据,读取测深数据中的全波形数据,对机载LiDAR测深原始波形数据进行去噪,得到去噪后的波形数据;

步骤2:通过分层异构模型的机载LiDAR波形拟合算法,利用步骤1中去噪后的波形数据,分解得到水体散射回波信号;具体包括如下步骤:步骤2.1:采用极大值检测法对去噪后的波形数据进行峰值探测,确定包括水面和水底反射回波的初始峰值及其位置在内的初始参数;极大值检测法检测的极大值点位置如公式(1)所示:

k=find(diff(sign(diff(w)))<0+1)    (1);

其中,w为去噪后的波形数据;diff表示差分运算;sign表示符号函数;find指查找满足条件的数据编号;

步骤2.2:针对步骤2.1中峰值探测所确定的初始参数,根据水面反射回波和水底反射回波的相应特性,采用高斯函数对水面反射回波和水底反射回波进行拟合,利用Levenberg‑Marquardt算法进行参数优化,分解得到水面和水底反射回波信号;高斯函数如公式(2)所示:

其中,i=s表示水面反射回波的拟合结果;i=b表示水底反射回波的拟合结果;A、μ和σ分别为水面或水底高斯拟合函数的波峰值、波峰位置和半幅波宽;

步骤2.3:使用去噪后的波形数据剔除步骤2.2中的水面和水底反射回波信号,获得初始水体散射回波信号;

步骤2.4:根据步骤2.3中确定的初始水体散射回波信号,综合光在水体中的衰减特性和拟合效率问题,采用双指数函数对初始水体散射回波信号进行拟合,利用Levenberg‑Marquardt算法进行参数优化,得到水体散射回波信号;双指数函数如公式(3)所示:其中,ax、bx、cx、dx分别表示双指数函数4个顶点A、B、C、D的位置;by、cy、dy分别为B、C、D的振幅值;

步骤3:根据步骤2中获得的水体散射回波信号,分别计算得到双段指数对应的初始漫衰减系数;具体包括如下步骤:

步骤3.1:利用水体散射回波信号反演水体的漫衰减系数,确定机载LiDAR测深系统在深度为Di处的水体散射回波强度方程;水体散射回波强度方程如公式(4)所示:其中,Di表示水层深度;Pc(Di)表示深度Di时的水体散射回波强度;Pe表示激光发射强度; 表示大气双程损失因子;AR表示激光接收器的视场面积;ηe和ηR分别表示激光发射器的光学效率和激光接收器的光学效率;F表示接收视场角损失因子;LS是通过表面传输的损失,即表面反照率;β(Φ)表示体散射函数;θ表示激光传入水体时的入射角,即天底角;θw表示射入水体后的折射角;nw表示水体折射率;H表示飞机航高;Kd表示532nm波段处的漫衰减系数;c表示激光在真空的传播速度;ti表示水层深度Di处的时刻;ts表示水面反射回波的峰值位置;

步骤3.2:根据步骤3.1中所述水体散射回波强度方程,将公式(5)代入公式(4),并简化公式(4),得到简化后的水体散射回波强度方程如公式(6)所示:其中,

步骤3.3:将步骤2.4中所得双指数函数与步骤3.2中简化后的水体散射回波强度方程描述为指数函数的形式,如公式(7)所示:nt

y(t)=m·e      (7);

其中,y(t)为指数函数,m、n分别为指数函数的系数;

步骤3.4:根据步骤2.4中所得双指数函数,当bx≤t

Δt2=dx‑cx        (12);

初始漫衰减系数Kd1与Kd2的加权平均值如公式(13)所示: