【摘要】：米散射激光雷達(dá)是探測(cè)大氣氣溶膠光學(xué)特性的有力工具。然而米散射激光雷達(dá)方程包含消光系數(shù)和后向散射系數(shù)兩個(gè)未知參數(shù);同時(shí),激光雷達(dá)回波信號(hào)屬于典型的非平穩(wěn)信號(hào),其中的噪聲較難剔除。這都是米散射激光雷達(dá)數(shù)據(jù)反演中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。鑒于此,針對(duì)米散射激光雷達(dá)回波信號(hào).噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)濾波器,實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)濾波。在不需要設(shè)定消光系數(shù)和后向散射系數(shù)數(shù)學(xué)關(guān)系的條件下,利用遺傳算法優(yōu)化的BP網(wǎng)絡(luò)求解了米散射激光雷達(dá)方程,實(shí)現(xiàn)了氣溶膠消光系數(shù)的精細(xì)反演。研究?jī)?nèi)容對(duì)米散射激光雷達(dá)回波信號(hào)精細(xì)反演具有重要的研究意義。論文采用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)方法,分析了米散射激光雷達(dá)回波信號(hào)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)濾波器。該濾波器通過(guò)調(diào)整權(quán)系數(shù)使均方誤差最小化,從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反演都驗(yàn)證了自適應(yīng)濾波器的有效性。在數(shù)值仿真中,自適應(yīng)濾波器的輸出信噪比大于小波變換濾波器,且均方誤差小于小波變換濾波器。在不同天氣條件下,利用自適應(yīng)濾波器和小波變換濾波器濾波后的米散射回波信號(hào)反演了氣溶膠消光系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,自適應(yīng)濾波器反演的消光系數(shù)紋波幅度小于小波變換濾波器,且細(xì)節(jié)更為清晰。深入研究了BP網(wǎng)絡(luò)求解米散射激光雷達(dá)方程的可行性,設(shè)計(jì)了BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和主要相關(guān)參數(shù)。以米散射激光雷達(dá)回波信號(hào).和拉曼法反演的消光系數(shù)為樣本對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了訓(xùn)練,將米散射回波信號(hào)和消光系數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系存儲(chǔ)在BP網(wǎng)絡(luò)中。在不需要設(shè)定消光系數(shù)和后向散射系數(shù)數(shù)學(xué)關(guān)系的條件下,該BP網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)消光系數(shù)的精細(xì)反演。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)選取原始回波信號(hào)為輸入信號(hào),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選為26-28-26,激活函數(shù)選為tansig-tansig,期望誤差選為0.01,學(xué)習(xí)速率選為0.1時(shí),BP網(wǎng)絡(luò)反演的消光系數(shù)精度較高。當(dāng)訓(xùn)練樣本數(shù)目增加時(shí),BP網(wǎng)絡(luò)的反演精度和收斂速度逐漸增加并趨于穩(wěn)定。綜合考慮反演精度和計(jì)算量,訓(xùn)練樣本數(shù)目最終選為900。最后,利用改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)公式法確定了隱層單元數(shù)。針對(duì)BP算法收斂速度慢、易陷入局部極小值的問(wèn)題,采用遺傳算法優(yōu)化了BP網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值和閾值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與傳統(tǒng)BP網(wǎng)絡(luò)相比,GA-BP網(wǎng)絡(luò)具有更高的消光系數(shù)反演精度和更快的收斂速度。最后,在不同時(shí)間和天氣條件下,分別采用GA-BP網(wǎng)絡(luò)、拉曼法及Fernald法反演了氣溶膠消光系數(shù),分析了GA-BP網(wǎng)絡(luò)反演消光系數(shù)的適用性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,除有云天氣外,GA-BP網(wǎng)絡(luò)均可實(shí)現(xiàn)氣溶膠消光系數(shù)的精細(xì)反演。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN958.98

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本文編號(hào)：2682731