[发明专利]脉冲波形的拟合方法

说明书

技术领域

本发明涉及波形拟合，特别涉及脉冲波形的拟合方法。

背景技术

全波形激光雷达(Waveform-Digitizing LiDAR)将发射脉冲信号和回波脉冲信号均以很小的采样间隔进行采样并记录，用户根据实际应用需求，对记录的波形数据进行处理和分析，相比传统激光雷达，可以得到更丰富的激光回波次数和目标特征信息。

波形数据处理和分析的关键内容是如何进行准确稳定的波形分解。模型拟合法是最常用的波形分解方法，其假设激光雷达的脉冲波形符合某个数学模型，然后使用非线性最小二乘法计算出数学模型的具体参数。其中，最常用的数学模型是高斯函数或广义高斯函数，然而受脉冲激光器和光电探测器输出特性影响，激光脉冲信号符合类高斯函数，因此使用高斯函数或广义高斯函数作为数学模型，并不准确。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种精度高、结构简单、低成本的复杂环境中弱吸收气体的检测装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

脉冲波形的拟合方法，所述脉冲波形的拟合方法包括以下步骤：

(A1)分别获得脉冲波形P_Obs及模板波形P_Model，其中，模板波形的采样率S_Daq与脉冲波形的采样率S_Model之比大于10；

(A2)用隐函数y＝f(x)表示所述模板波形P_Model，通过函数的平移及缩放操作，得到目标函数：

y＝A·f[B(x-C)]，A、B及C为待定因子；

(A3)将所述脉冲波形P_Obs的采样点的数值代入所述目标函数，并利用非线性最小二乘法获得所述待定因子A、B及C。

根据上述的脉冲波形的拟合方法，优选地，在步骤(A1)中，所述脉冲波形P_Obs的获得方式为：

电脉冲模拟信号送入采样率为S_Daq的数据采集装置转换得到数字信号P_Daq＝(p_Daq(1,v₁),...,p_Daq(i,v_i),...,p_Daq(m,v_m))，其中m表示采样点数，v_i表示第i个采样点的电压值；

p_Daq(i,v_i)为数字信号P_Daq的峰值点，取该峰值点及其前m₁个和后m₂个共m₁+1+m₂个点组成脉冲波形m₁和m₂的选取规则为：

floor()表示向零方向取整函数，t_rise和t_fall分别表示电脉冲信号上升沿和下降沿持续时间；

取峰值点p_Daq(i,v_i)前l₁个和后l₂个点之间的采样时间总和为脉冲波形的半高宽τ_{Hw_Daq}：

l₁和l₂的选取规则为：

根据上述的脉冲波形的拟合方法，优选地，在步骤(A1)中，所述模板波形P_Model的获得方式为：

电脉冲信号送入采样率为S_Model的数据采集装置转换得到数字信号P_Raw＝(p_Raw(1,u₁),...,p_Raw(j,u_j),...,p_Raw(n,u_n))，n为采样点数，插值倍数为n_Inter，u_j表示第j个采样点的电压值；

p_Raw(j,u_j)为波形的峰值点，取该峰值点及其前n₁个点和后n₂个点共(n₁+1+n₂)个点组成模板波形，n₁和n₂的选取规则为：