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正在申请 ,其中:发明专利 5 项
已授权专利,其中:发明专利 10 项

                                                

本研究设计并构建了一种新型的微脉冲激光雷达能见度测量系统。综合运用微脉冲激光器、共轴收发天线以及多芯光纤等新型光子器件与技术，有效降低雷达系统的体积和成本。基于数字滤波技术，提出高效的雷达回波噪声去除方法。利用数值迭代方法，获得准确的消光系数边界值，反演测量通道的消光系数廓线。最终，构建出小型化、低成本、高精度的激光雷达能见度测量系统，实现水平、斜程、垂直大气能见度时空分布及其变化过程的实时精确测量。

(1)综合考虑系统便携性、造价成本以及整体性能等因素，设计并搭建了人眼安全的微脉冲激光雷达能见度探测系统。系统采用共轴收发天线设计，通过引入多芯光纤、窄带滤光片、光电倍增管等新型光电子器件，有效地提高了系统的探测性能；利用研制的微脉冲激光雷达系统对能见度开展实验观测，系统采用波长为532nm、频率为5kHz的脉冲激光。在天气相对晴朗条件下，可实现最大探测距离4-5km（白天），6-8km（夜间）、距离分辨率为15m的有效探测，验证了系统的可行性和有效性。 
(2) 为提高微脉冲激光雷达回波信号的信噪比，提出了将相关系数、软阈值和粗糙惩罚技术相结合的EMD去噪方法。仿真分析表明，相比于EMD-PR、EMD-HT以及WT，该方法去噪后具有较高的SNRout及较低的RMSE，有效保留有用信号的完整性。最后，将EMD-STRP应用于实测的激光雷达回波信号进行降噪处理，使得系统有效探测范围从7km提高到了8.5km。在此基础上，为克服EMD方法的不足，提出了一种结合鲸鱼优化算法的VMD高效去噪方法，经VMD-WOA方法处理后，使得系统有效探测范围进一步提升，可到达至10km。
(3) 针对气溶胶消光后向散射比和消光系数边界值难以确定的问题，提出了一种基于弦截法的参数确定方法，并结合Fernald法实现了消光系数的准确反演，获得了大气能见度值。实验结果显示，该能见度测量设备和反演算法具有良好的稳定性和测量精度，在连续的测量实验中，能见度的平均绝对误差仅为5.48[%]。并在传统反演算法的基础上，提出了一种基于RBF-FB网络的气溶胶消光系数反演算法。以RBF神经网络模型为基本理论，引入反馈机制，构建了全新的RBF-FB模型，有效避免了传统方法中诸多假设带来的误差，直接通过激光雷达回波信号与气溶胶消光系数之间的非线性关系，输出消光系数的反演结果，经过测试验证，网络输出的结果与Fernald法反演的结果和太阳光度计的测量结果相差无几，可以用于气溶胶消光系数的反演。在传统曲线拟合法的基础结合WOA模型寻找曲线拟合法的最优参数，提高行星边界高度的精度和效率。
(4) 微脉冲激光雷达能见度仪测试比对与优化。将构建的微脉冲激光雷达能见度仪进行测试应用，并与其它测量仪器或数据资料作一致性的比对分析；根据比对结果，对激光雷达硬件结构和软件算法进行改进和优化，提升系统整体性能。

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