【摘要】：機載激光測深技術(shù)因其靈活性好、速度快及測量精度高的特點,成為各國研究人員研究的熱點,并逐漸取代傳統(tǒng)水深測量方法,在河道、近海域的水深測量及水下地形地貌的測繪等方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。本文將對機載激光測深技術(shù)中的回波信號處理這一關(guān)鍵技術(shù)開展深入研究,提取回波信號數(shù)據(jù)中的海底回波信號,并通過數(shù)據(jù)處理清晰分辨出回波信號中的海面回波信號和海底回波信號的峰值。由于海水中各種藻類、懸浮物等因素的影響,機載激光測深系統(tǒng)的初始回波信號數(shù)據(jù)中包含大量的干擾信號。通過對兩種常用數(shù)字濾波器——無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器和有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器的比較,發(fā)現(xiàn)FIR濾波器系統(tǒng)更穩(wěn)定,處理效率更高且設(shè)計方法更簡便,所以,本文選擇使用FIR濾波器來剔除初始回波信號中的干擾信號。并詳細分析比較了不同設(shè)計方法的FIR濾波器的濾波效果,在此基礎(chǔ)上,通過對濾波后數(shù)據(jù)的平滑度判斷,選取濾波效果最好,濾波后數(shù)據(jù)曲線更加平滑的數(shù)據(jù)進行儲存。濾波后機載激光測深系統(tǒng)的回波信號數(shù)據(jù)是本文的另一個研究重點,由于該數(shù)據(jù)是離散的,因此需要選用合適的擬合方法對該離散數(shù)據(jù)進行擬合。本文采用分段擬合的方法,把回波信號分成海面回波信號,海體后向散射信號和海底回波信號三個部分。使用最小二乘擬合法和多個函數(shù)擬合法分別對這三個部分的離散數(shù)據(jù)進行擬合,分析比較了兩種方法的擬合效果,并進行了誤差分析。對儲存的多個函數(shù)擬合法中的三個擬合效果最優(yōu)的擬合函數(shù)與最小二乘擬和法中的三個擬合函數(shù)分別進行拼接,并用拼接后的擬合函數(shù)對濾波后的機載激光測深系統(tǒng)中海洋測深部分的完整回波信號數(shù)據(jù)進行擬合。比較兩個擬合方法的擬合效果,并進行誤差分析,確保能清晰地分辨出海面回波信號和海底回波信號波峰的位置。
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P229
【圖文】：

圖 2-1 機載激光測深系統(tǒng)的工作原理圖機載激光測深系統(tǒng)的工作原理如圖 1 所示，該系統(tǒng)向海面同時發(fā)射nm 的紅外激光和波長為 532nm 的藍綠激光，這兩束激光具有高功率的特點。其中，波長為 1064nm 的紅外激光用于測量飛機平臺的飛行紅外激光在海水中的穿透率非常低，所以在達到空氣與海水的分界激光會發(fā)生反射，借助其發(fā)射和返回系統(tǒng)的時間差可以確定飛機的于海水中存在著藍綠激光的穿透窗口，因而測深系統(tǒng)發(fā)射的波長為綠激光在海水中衰減系數(shù)最小，進入水體和返回接收系統(tǒng)之間的能小[27]。該束激光將進入海面，穿透海水直達海底，在經(jīng)海底反射后水進入大氣中，最后由接收望遠鏡接收，通過測量該藍綠激光發(fā)射間差，就能夠通過計算得到待測海水的深度。計算公式的原理如下2ctH 公式(2-1)中，H 代表海水深度，Δt 代表藍綠激光在水中的傳輸時間光在海水中的傳播速度。

圖 2-2 機載激光測深系統(tǒng)海洋測深部分的理想接收信號圖機載激光測深系統(tǒng)海洋測深部分的理想接收回波信號如圖 2 所示。號中有兩個峰值，峰值較高的信號是海表面反射的回波信號，峰值較低是由海底反射，二者之間的時間差為Δt。因此，激光在水中傳播所遇到深度 D 如式(2-2)所示，wwonntCD2cos[arcsin(sin())] 其中，D 代表待測目標所在的水深值，Δt 代表海面和海底反射回波間的時間差，Co代表真空中的光速，nw代表藍綠激光在海水中的折射率表藍綠激光的海面入射角[28]。實際測量中，為獲取海水深度，還需排除其他水下目標反射而形成干擾。此外，測量海深的另一難點在于，藍綠激光穿透水體的過程中會定的后向散射。由于海洋中的不確定因素很多，其中不僅含有大量的水同時還有較多的浮游植物和非藻類懸浮物等，因此，海水的后向散射系數(shù)

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本文編號：2724084