[发明专利]基于多物理场的机载激光测深回波信号的处理方法

说明书

本发明涉及一种基于多物理场的机载激光测深回波信号的处理方法，为解决现有技术不能精确的找到海面以及海底回波信号的位置问题，是将Darcy渗流方程与非线性扩散方程耦合，用回波信号的物理性质代替回波信号的几何性质，利用局部物理特性构造点扩散函数，接收到的回波信号作为多孔介质的渗透率。在数学模型上表现为满足初边值条件下多个方程的耦合，信号处理的结果是演化方程组在空间上的整体弱解。具有能精确地确定海面以及海底回波信号位置，从而实现测深的优点。

技术领域

本发明涉及一种激光测深回波信号处理方法，特别是涉及一种基于多物理场的机载激光测深回波信号的处理方法。

背景技术

机载激光测深系统(Airborne LIDAR Bathymetry，ALB)因其灵活性好、速度快和测量精度高等特点被广泛应用于海洋测绘领域，而近岸浅海的水深、地形测量是海洋测绘最基本的任务之一。ALB主要由机上蓝绿激光发射/接收系统，以及地面数据后处理系统构成。通过激光器发射器发射大功率、窄脉冲激光来探测海底深度和水下目标。通过发射对水体穿透能力较强的蓝绿光(波长532nm)获取海底反射信号，发射对海面强反射的红外光(波长1064nm)获取高程；结合GPS、区域无线定位系统和姿态传感器所提供的空间位置和姿态信息，最终获取海底激光脚点的三维坐标。

机载激光水深测量的硬件设备已经相当成熟，我国诸多机构利用机载激光测深系统开展了一系列的研究工作，并且在很多领域都得到具体的应用。机载激光测深的最终目的是通过对接收的回波信号进行处理从而获得测量海域的水深信息。因此，机载激光测深的关键问题是准确的找到海面以及海底回波信号的位置，这就对回波信号数据处理提出了很高的要求。目前，机载激光测深系统常用的数据处理方法有回波探测、波形分解以及去卷积方法等。面对结构复杂的现实情况，各种信号滤波算法的判断条件也无法一一适应各种地貌特征且各种数据处理算法也有各自的不足之处。因此，采用较为完善的数据处理方法对机载激光测深回波信号进行处理是激光测深系统实现高精度测量的关键所在。

在机载激光测深的过程中，激光信号需经过大气、海水、海底往返等八种传输过程，因此在接收的回波信号中会引入大量的噪声，导致难以准确的确定海底、海面回波信号的位置，这也是当今海洋测绘领域的热点和难点。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能精确地确定海面以及海底回波信号位置的基于多物理场的机载激光测深回波信号的处理方法。也就是针对机载激光测深回波信号，提出了一种基于多物理场的处理方法，实现对机载激光回波信号的处理，从而精确的找到海面以及海底回波信号的位置，以达到实现信号处理的目的。

为实现上述目的，本发明基于多物理场的机载激光测深回波信号的处理方法将Darcy渗流方程与非线性扩散方程耦合，用回波信号的物理性质代替回波信号的几何性质，利用局部物理特性构造点扩散函数，接收到的回波信号作为多孔介质的渗透率。具有能精确地确定海面以及海底回波信号位置的优点。

作为优化，在数学模型上表现为满足初边值条件下多个方程的耦合，信号处理的结果是演化方程组在空间上的整体弱解。

作为优化，包括以下步骤：步骤一、利用探测器接收机载激光回波信号u₀；步骤二、利用公式(1)中多物理场耦合模型进行处理：

u为机载激光测深回波信号，t为附加的迭代时间，为渗流场流体速度，P为渗流场流体压力，ρ为流体密度，μ为粘度流体系数，α、β、a、b为边界函数，K(u)为可选择的渗透函数，g为点扩散函数。

将上述(1)式中的(c)式代入(b)加上(d)式的边界条件，初次迭代K(u)初值取K(u₀)，得到：求出渗流场中流体的压力P₀。

将P₀代入到(c)式：

求出渗流场流体的速度场