[发明专利]一种激光雷达近场饱和问题的判别及优化方法

说明书

本发明公开一种激光雷达近场饱和问题的判别及优化方法，该判断包括以下步骤：步骤一、获取参考线相关系数；步骤二、计算大气透气率和高消光值空间范围；步骤三、获得线性相关系数，并判断该值是否超标；水平探测模式下，采集数据并保存，几何重叠因子修正后，绘制出ln(P(r)*r²)与r的关系曲线，选取0～3km高度范围内，采用最小二乘法对该曲线进行线性拟合，并得到线性相关系数；如果得到的线性相关系数低于80％，或者低于参考线性相关系数的90％，则认为光电探测器进入非正常的饱和区；本发明具有判别探测器是否进入非正常的饱和状态，通过控制算法，解决近场饱和问题，提高激光雷达相关产品的数据准确性能力强的特点。

技术领域

本发明涉及一种激光雷达近场饱和问题的判别及优化方法，尤其是一种具有判别探测器是否进入非正常的饱和状态，通过控制算法，解决近场饱和问题，提高激光雷达相关产品的数据准确性能力强的激光雷达近场饱和问题的判别及优化方法。

背景技术

激光雷达在实际应用中，由于受到不同天气的影响，其向后散射信号，特别是近场散射信号会显著增强，激光雷达的向后散射光信号一般由光电探测器接收并转换为电信号，在转换过程中，光电探测器存在正常工作线性区，一旦探测器接收的后向散射信号强度超过探测器最高容限，探测器即会进入饱和区，输出信号失真，最终导致激光雷达反演得到的诸如气溶胶消光系数、退偏比、臭氧浓度以及水汽混合比等大气参数(大气成分)误差增大，严重引起激光雷达的性能。

申请号2018106201271的专利公开了一种防止信号饱和的激光雷达，通过调整激光器的输出光功率、探测器供电高压等方式可以粗略地改善这一问题，但就如何判别近场散射光信号是否饱和、硬件相关参量的调整量值、硬件调整的先后顺序和逻辑关系、调整后的效果评估等该专利并未有相关具体实施方案。另外，专利提到采用调整激光器输出功率的方法，虽然可以改善近场饱和问题，但也相应的改变了激光雷达的系统参数，比如几何重叠因子的改变；因此，反演后的数据还需要进一步的修正，增加了工作量。

激光雷达原则上可以探测数十米至数千米高度的大气参数；在实际应用中，一般环保部门特别关注近地面至3km高度范围的气溶胶消光系数，反映污染物浓度；激光雷达参数优化调试时，均选择天气较为洁净、污染较轻的天气状况；当污染加重、低云以及湿度较大时，由于近场光散射回波信号增强，会导致探测器进入饱和区，此时，探测器输出的电信号不能正确反映光信号强度信息，引起雷达反演结果误差增大甚至出现意想不到的数据，大大降低激光雷达的基本性能，不能满足环保等部门的使用需求；解决如何实现探测器是否饱和的判别，并自动调整参数，优化激光雷达参数，始终使探测器工作在线性区的问题，具有重要的工程实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有判别探测器是否进入非正常的饱和状态，通过控制算法，解决近场饱和问题，提高激光雷达相关产品的数据准确性能力强的激光雷达近场饱和问题的判别及优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种激光雷达近场饱和问题的判别，判别包括以下步骤：

步骤一、获取参考线相关系数；绘制出ln(P(r)*r²)与r的关系曲线，选取0～3km高度范围内的该相关曲线，并采用最小二乘法对该曲线进行线性拟合，并得到参考线性相关系数；其中，P(r)为激光雷达后向散射回波信号光功率，r为检测点到激光雷达的距离；

步骤二、计算大气透气率和高消光值空间范围；激光雷达正常使用时，分析软件实时计算0～3km范围内大气透过率，同时计算消光系数处于90％最大消光值以上的距离范围；

步骤三、获得线性相关系数，并判断该值是否超标；水平探测模式下，采集数据并保存，几何重叠因子修正后，绘制出ln(P(r)*r²)与r的关系曲线，选取0～3km高度范围内，采用最小二乘法对该曲线进行线性拟合，并得到线性相关系数；如果得到的线性相关系数低于80％，或者低于参考线性相关系数的90％，则认为光电探测器进入非正常的饱和区；