收藏本站
收藏 | 论文排版

基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究

李红旭  
【摘要】:气溶胶是大气系统的重要组成部分,虽然在大气中相对含量很少,但对气候环境和大气辐射传输具有重要的影响。相较于被动遥感、卫星等探测手段,地基激光雷达作为一种主动式光学遥感探测工具,具有时空分辨率高、探测距离远、测量精度高等优点,被广泛应用于气溶胶探测。因此,研究基于激光雷达数据精确测量气溶胶相关特性对大气遥感、环境监测等领域具有重要意义。随着工业制造技术的进步,激光雷达系统逐渐成熟,成本得到控制,应用也比较普遍。光学遥感行业对激光雷达的数据处理和反演模型的需求越来越迫切。然而,激光雷达信号中含有大量噪声,研究高效的激光雷达信号去噪方法,从强背景噪声中提取出有用信号,是保障数据精确反演的前提。此外,在使用激光雷达数据进行气溶胶参数反演时,往往需要先验信息的假设或根据经验确定模型参数等人工干预的手段,这容易造成较大的误差,且难以实现自适应、自动化处理。这些局限性主要体现在激光雷达数据的预处理,气溶胶层垂直结构和光学物理等特性的反演中,本文的研究工作将致力于解决这些难题,具体研究内容如下:(1)激光雷达回波信号容易受到噪声污染,特别是在强背景光下,噪声严重影响了激光雷达系统的反演精度和有效探测距离。针对强噪声干扰的问题,提出了基于鲸鱼优化算法和变分模态分解的自适应激光雷达回波信号去噪方法。通过鲸鱼优化算法获得变分模态分解的分解模态数和二次惩罚因子,使得变分模态分解模型能够获得更好的去噪效果。实验结果表明该方法可应用于激光雷达信号的降噪,能有效提高激光雷达信号的信噪比,并将实验所使用的激光雷达系统的有效探测距离从6 km提高至10 km。(2)行星边界层高度是描述气溶胶层垂直结构的主要参数,其估计的准确性对天气和空气质量的预测和研究至关重要的。最常用的边界层高度反演算法是小波协方差变换法,但它存在扩张系数的选定和容易受到云、气溶胶干扰等问题。本文基于鲸鱼优化算法与上限法,提出了改进的小波协方差变换法,无需其他辅助测量设备,仅基于简单的微脉冲激光雷达即可实现行星边界层高度的自动、准确、稳定探测,解决了上述技术难题。(3)气溶胶消光系数是气溶胶光学特性的核心参数,对大气过程的变化有着重要影响。Mie散射激光雷达作为应用最为普遍的激光雷达设备,需要经验假设和复杂的数值运算才能反演出气溶胶消光系数,制约了反演结果的精度。结合Mie散射激光雷达和高光谱分辨率激光雷达的优缺点,提出了一种基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演模型,能够有效避免诸多假设带来的不确定性,提高Mie散射激光雷达的探测精度。实验结果表明训练后的深度信念网络模型具有良好的鲁棒性和稳定性,为Mie散射激光雷达反演气溶胶特性参数提供了一种具有竞争力的解决方案。(4)气溶胶的粒子谱分布等微物理特性参数可用于监测气溶胶的演变过程、研究大气气溶胶的时空变化规律。本文通过激光雷达方程、Mie散射原理等理论方法,揭示了气溶胶光学特性和微物理特性之间的关系。针对正则化算法反演气溶胶粒子谱分布存在的问题,通过广义交叉验证法获得正则化参数和最小偏差准则获取气溶胶复折射指数,实现了基于多波长激光雷达数据的气溶胶粒子分布反演。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 陈超;王章军;宋小全;张涛;杜立彬;孟祥谦;刘兴涛;李先欣;李辉;庄全风;王秀芬;;扫描式气溶胶激光雷达研制与观测研究[J];红外与激光工程;2018年12期
2 张朝阳;苏林;陈良富;;中国典型地区气溶胶激光雷达比反演与分析[J];中国激光;2013年05期
3 卜令兵;单坤玲;吕晶晶;曹念文;官莉;黄兴友;王振会;;云和气溶胶探测星载激光雷达及其应用[J];光学与光电技术;2009年04期
4 刘刚;史伟哲;尤睿;;美国云和气溶胶星载激光雷达综述[J];航天器工程;2008年01期
5 李明阳;范萌;陶金花;苏林;吴桐;陈良富;张自力;;星载激光雷达云和气溶胶分类反演算法研究[J];光谱学与光谱分析;2019年02期
6 张馨丹;李雷;陈澄;桂柯;郑宇;梁苑新;要文瑞;车慧正;;气溶胶组分反演方法光学辐射产品精度的综合分析[J];大气与环境光学学报;2022年01期
7 王威;;基于激光雷达的气溶胶光学特性遥感与应用[J];地理与地理信息科学;2018年03期
8 王界;刘文清;张天舒;万学平;高洁;李岭;马娜;;基于双视场激光雷达的气溶胶水平分布观测[J];光谱学与光谱分析;2019年09期
9 刘聪;苏林;张朝阳;范萌;贾松林;苏成林;陈良富;;星载激光雷达对气溶胶垂直分布的对比分析[J];中国激光;2015年04期
10 杨昭,孙东松,李强;成像激光雷达大气消光系数的反演方法[J];红外与激光工程;2004年03期
11 刘秉义;庄全风;秦胜光;吴松华;刘金涛;;基于高光谱分辨率激光雷达的气溶胶分类方法研究[J];红外与激光工程;2017年04期
12 范广强;胡顺星;谢军;徐之海;胡欢陵;王英俭;;合肥地区夏季臭氧、温度、水汽、气溶胶、二氧化碳测量与对比分析[J];大气与环境光学学报;2009年01期
13 ;期刊博览[J];中国测绘;2016年02期
14 薛国刚,孙东松,闫长春,李洪敬,杨春沪;小型气溶胶激光雷达及其信号校准[J];激光与红外;2005年03期
15 张寅超;何敬玺;陈思颖;郭磐;陈和;;拉曼-米激光雷达污染环境下气溶胶散射系数反演[J];北京理工大学学报;2021年05期
16 黄艇;宋煜;肖韶荣;盖晓波;;2007年冬季大连市区气溶胶垂直剖面特征[J];气象与环境学报;2009年04期
17 纪红柱;陈思颖;张寅超;陈和;郭磐;;地基离轴拉曼-米激光雷达几何因子校正[J];北京理工大学学报;2019年06期
18 熊兴隆;李猛;蒋立辉;冯帅;庄子波;;多次散射的卷云激光雷达比反演方法研究[J];光电子.激光;2014年06期
19 卢志强;;第六届国际激光雷达会议[J];气象科技资料;1976年03期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 刘群;白剑;刘东;张与鹏;周雨迪;刘崇;汪凯巍;毕磊;张克俊;;星载激光雷达云及气溶胶消光特性反演研究[A];第33届中国气象学会年会 S21 新一代气象卫星技术发展及其应用[C];2016年
2 李建;李成才;康凌;檀望舒;李婧;郭建平;;气溶胶光学及微物理参数的多波段拉曼激光雷达反演[A];第34届中国气象学会年会 S26 青年论坛论文集[C];2017年
3 黄建平;;激光雷达对气溶胶和云辐射效应的探测研究[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
4 陈玉宝;柴秀梅;高玉春;;云气溶胶激光雷达研制[A];第31届中国气象学会年会S1 气象雷达探测技术研究与应用[C];2014年
5 闵敏;姚莉琳;余骁;陈炳龙;王富;;星载大气探测激光雷达观测信号模拟仿真研究[A];第34届中国气象学会年会 S25 谢义炳先生诞辰100周年纪念暨学术研讨会论文集[C];2017年
6 庄雯雯;贺千山;王军;陈勇航;张华;王秀珍;王苑;冯帆;;基于地面激光雷达的上海冬季高空霾强度的判定方法研究[A];第11届长三角科技论坛环境保护分论坛暨上海市环境科学学会第18届学术年会论文集[C];2014年
7 徐丽;胡雄;程永强;郭商勇;闫召爱;Xinzhao Chu;;钠测风测温激光雷达探测原理及大气参数反演方法研究[A];第十二届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2007年
8 黄忠伟;黄建平;;一种激光雷达反演气溶胶光学特性的有效算法[A];第26届中国气象学会年会人工影响天气与大气物理学分会场论文集[C];2009年
9 杨辉;赵雪松;孙彦飞;王铁栋;薛向锋;庆丰;;多波长偏振激光雷达重叠系数的校正[A];第十六届全国光学测试学术交流会摘要集[C];2016年
10 范广强;刘建国;刘文清;陆亦怀;张天舒;赵雪松;董云升;;差分吸收激光雷达几何因子实验确定方法[A];第二届中国激光雷达学术会议论文集[C];2012年
11 白建博;;可实现实时的三维数据采集的激光雷达[A];上海市激光学会2015年学术年会论文集[C];2015年
12 赵弋峰;韩香娥;王芳芳;;基于扫描振镜激光雷达的运动目标定位与跟踪[A];国防光电子论坛第二届激光雷达成像探测技术及应用研讨会论文集[C];2015年
13 赵强;Nathan Sela;Sagie Tsadka;孙龙波;赵冰鑫;;用于测风的全新非多普勒型激光雷达[A];中国农机工业协会风能设备分会《风能产业》(2015年第9期)[C];2015年
14 陈晓清;庄钊文;马君国;付强;;相干激光雷达距离像距离反常的机理及抑制方法[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009年
15 李琦;夏志伟;丁胜晖;王骐;;一种基于非局部均值的激光雷达距离像去噪算法[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
16 夏志伟;李琦;王骐;;基于卡尔曼滤波的相干激光雷达距离像复原仿真研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
17 周明;李琦;王骐;;几种激光雷达强度像边缘检测算法性能评价[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
18 赵朝方;李晓龙;马佑军;齐敏珺;;多通道海洋激光雷达机载实验初步分析[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
19 龚威;;多光谱对地观测激光雷达[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
20 刘东;王英俭;王志恩;周军;;星载大气探测激光雷达发展和数据应用[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 李红旭;基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究[D];南京信息工程大学;2021年
2 纪红柱;地基拉曼-米激光雷达气溶胶后向散射及消光系数反演[D];北京理工大学;2018年
3 尚祥;基于1.5μm激光雷达的气溶胶观测和反演方法研究[D];中国科学技术大学;2020年
4 徐继伟;气溶胶和水云宏微观参数的激光与微波联合遥感反演[D];中国科学技术大学;2020年
5 李路;星载高重频激光雷达光机结构设计及其稳定性研究[D];中国科学技术大学;2021年
6 郑朝阳;地基激光雷达网数据质量控制方法的研究[D];中国科学技术大学;2020年
7 刘秉义;车载测风激光雷达性能优化和风场反演[D];中国海洋大学;2008年
8 曹贤洁;兰州地区气溶胶辐射特性观测研究[D];兰州大学;2010年
9 胡进;高精度全集成激光雷达传感器芯片关键技术研究[D];西安电子科技大学;2021年
10 周雨迪;用于水体光学特性探测的海洋激光雷达研究[D];浙江大学;2020年
11 裘家伟;基于1.5μm单光子探测的机载偏振激光雷达[D];中国科学技术大学;2020年
12 张欣婷;激光雷达三维形貌测量系统关键技术研究[D];长春理工大学;2015年
13 刘群;星载海洋激光雷达多次散射信号模拟与探测机理研究[D];浙江大学;2020年
14 尹露;分布式激光雷达与视觉信息融合关键技术研究[D];武汉大学;2020年
15 刘钊;无人车2D激光雷达结构化环境感知技术研究[D];国防科学技术大学;2013年
16 徐沛拓;海洋激光雷达系统研制及典型探测结果[D];浙江大学;2021年
17 满其霞;激光雷达和高光谱数据融合的城市土地利用分类方法研究[D];华东师范大学;2015年
18 张文忠;云上气溶胶及其对低云影响的卫星遥感研究[D];中国科学技术大学;2020年
19 刘建军;长三角太湖地区云和气溶胶辐射特性的地基遥感研究[D];南京信息工程大学;2012年
20 王国军;结构化道路下基于激光雷达的三维检测关键技术研究[D];吉林大学;2021年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 朱首正;基于机载高光谱分辨率激光雷达的气溶胶观测数据分析及污染过程研究[D];南京信息工程大学;2021年
2 何珺;结合偏振数据的地基拉曼-米激光雷达气溶胶参数高精度反演[D];北京理工大学;2018年
3 徐俊杰;机载高光谱分辨率激光雷达探测大气气溶胶研究[D];南京信息工程大学;2020年
4 白子斌;综合遥感与模式模拟的中东部雾霾传输特征研究[D];中国矿业大学;2019年
5 姜杰;南京上空大气边界层以及气溶胶的激光雷达遥感研究[D];南京信息工程大学;2013年
6 高飞;激光雷达精细探测大气气溶胶研究[D];西安理工大学;2008年
7 齐白玉;结合星载数据的拉曼-米激光雷达气溶胶参数高精度反演[D];北京理工大学;2017年
8 葛巧丽;基于激光雷达的杭州市区不同强度霾探测研究[D];浙江大学;2014年
9 张薇;水汽—云—气溶胶激光雷达偏振通道的设计与校正研究[D];中国海洋大学;2013年
10 包青;基于激光雷达的南京仙林地区气溶胶遥感监测研究[D];南京师范大学;2015年
11 高爱臻;扫描激光雷达的系统研制及应用研究[D];南京信息工程大学;2015年
12 刘卫平;利用激光雷达探测兰州地区沙尘和黑碳气溶胶的研究[D];兰州大学;2015年
13 杨丰恺;激光雷达探测南京北郊低层雾霾气溶胶[D];南京信息工程大学;2014年
14 靳磊;激光雷达数据反演气溶胶后向散射比研究[D];中国海洋大学;2013年
15 徐丽;钠层测风测温激光雷达原理及数据处理方法研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2008年
16 胡向军;利用激光雷达资料模拟气溶胶辐射效应的大气边界层响应[D];兰州大学;2006年
17 梁苑新;北京重污染天气下基于气溶胶垂直探测的光学特性对辐射影响研究[D];中国气象科学研究院;2020年
18 潘彦宇;旋转式单线激光雷达扫描控制与应用研究[D];石家庄铁道大学;2021年
19 齐思齐;利用双波段偏振激光雷达观测研究气溶胶与云的识别及气溶胶吸收特性[D];兰州大学;2020年
20 陈东鹏;林业背包式激光雷达多传感器集成系统及数据融合的研究[D];东北林业大学;2021年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 本报记者 简菊芳;打造衡量气溶胶激光雷达精密度的标尺[N];中国气象报;2022年
2 记者 付丽丽;张兴赢委员:我国将发射全球首颗主动激光雷达二氧化碳探测卫星[N];科技日报;2021年
3 本报记者 张依依;激光雷达资本市场开始降温?[N];中国电子报;2021年
4 本报记者 苏小张;追光者[N];经济观察报;2021年
5 本报记者 祝魏玮 实习记者 郝俊;对地观测研究催生激光雷达发展潜力[N];科学时报;2010年
6 本报记者 李自强;大气污染防治激光雷达上线[N];成都日报;2021年
7 证券时报记者 韩忠楠;激光雷达应用前景诱人 市场机遇不可忽视[N];证券时报;2022年
8 本报记者 高沛通 赵毅;智能汽车产业链崛起:激光雷达迎批量前装 高算力芯片大热[N];中国经营报;2022年
9 本报记者 金一丹;智能化趋势确定 激光雷达跑步上车[N];中国证券报;2022年
10 每经记者 李硕;成本仅为激光雷达十分之一 高阶自动驾驶新帮手来了?[N];每日经济新闻;2022年
11 深圳特区报记者 闻坤 实习生 陈艺晴;激光雷达行业的“领跑者”[N];深圳特区报;2021年
12 记者 吕扬;西安理工大学激光雷达助力“分秒级”天气预报[N];陕西日报;2021年
13 每经记者 孙磊;激光雷达加速“上车”[N];每日经济新闻;2022年
14 本报记者 陈燕南 童海华;激光雷达爆发前夜:企业谋求上市、量产成当前难题[N];中国经营报;2021年
15 本报记者 张依依;车规级激光雷达成“标配”还要等多久?[N];中国电子报;2021年
16 首席记者 杨斌鹄;西安企业硬科技项目拔得头筹[N];西安日报;2018年
17 记者 张潇 实习生 孙荻菡;我市企业掌握固态激光雷达核心技术[N];西安日报;2019年
18 本报记者 刘杨;炬光科技聚焦激光雷达领域[N];中国证券报;2021年
19 本报记者 温才妃 通讯员 许文艳 李晖;勇拆雷达的“追光”人[N];中国科学报;2021年
20 首席记者 王海荣;激光雷达加速“上车”[N];深圳商报;2021年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978