[发明专利]一种基于测风激光雷达的大气边界层分类方法及装置

权利要求书

1.一种基于测风激光雷达的大气边界层分类方法，其特征在于，包括：

获取激光雷达的原始回波数据；

对所述原始回波数据进行快速傅里叶变换，以得到功率谱；对所述功率谱进行分析，以获得所述功率谱对应的信号强度信息、谱宽信息和谱形对称性信息；

根据所述信号强度信息，计算距离修正后的归一化信号强度廓线的梯度信息，根据所述梯度信息识别云层；

判断所述谱宽信息是否大于预设的谱宽阈值；

若是，则根据所述谱宽信息和谱形对称性信息识别降雨；

若否，则根据所述功率谱计算风速，并计算风切变强度和湍流强度，根据所述风切变强度和湍流强度识别湍流和风切变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述梯度信息识别云层，包括：

根据所述梯度信息，获取梯度极大值点和梯度极小值点；

根据信号梯度极大值点找出候选云顶根据梯度极小值点找出候选云底

将相邻的云底和云顶配对，在每对云底和和云顶之间寻找信号峰值的位置和强度；根据所述信号峰值的强度进一步筛选出候选云顶和候选云底

用上方最接近筛选出的候选云顶的云信号最小值g^m的位置作为新的云顶位置用下方最接近筛选出的候选云底的云信号最小值信号g^m的位置作为新的云底位置

候选云里，从下往上，若下面一层的云顶与上面一层的云底间距小于预设的云厚阈值，则将两层云合并，上层云的云顶为新云的云顶下层云的云底为新云的云底

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述谱宽信息和谱形对称性信息识别降雨，包括：

若谱宽大于预设的谱宽阈值，则利用谱形对称性信息识别是否存在降雨；

谱形对称性的计算方法如下：

对功率谱进行三次样条插值，获得平滑的功率谱曲线，并获得归一化功率谱f(x)；

寻找信号强度最大值位置x_m，x_m前后各取n个点计算信号最强位置左侧的信号信息S₁和右侧信息S₂；

其中k值为0、1、2或3；

当k＝0时,S₁和S₂分别代表左右两侧的信号面积；

当k＝1时,S₁和S₂分别代表左右两侧信号相对信号最强位置的一阶距；

当k＝2时,S₁和S₂分别代表左右两侧信号相对信号最强位置的二阶距；

当k＝3时,S₁和S₂分别代表左右两侧信号相对信号最强位置的三阶距；

计算max(S₁,S₂)/min(S₁,S₂),当max(S₁,S₂)/min(S₁,S₂)大于预设的第二阈值时，识别为降雨谱；

进行双峰拟合，分离气溶胶信号和降雨信号，根据气溶胶信号和降雨信号分别获得风速和雨速。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风切变强度和湍流强度识别湍流和风切变；包括：

若湍流强度大于预设的湍流阈值，识别为湍流；

若风切变强度大于预设的风切变阈值，且在时间上表现为连续分布，则识别为风切变；

若风切变的切变强度不大于预设的风切变阈值，且在时间上表现为任意性，则识别为湍流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风切变强度Sh为：

其中，V_i为风廓线的分量，包括1个或者多个分量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选用信号强度及其梯度、功率谱谱宽及其功率谱对称性、湍流强度和风切变强度等参数进行大气边界层分类。