[发明专利]一种面向水深提取的光子计数激光雷达自适应滤波算法

说明书

本发明公开了一种面向水深提取的光子计数激光雷达自适应滤波算法，包括如下步骤：S1：自适应获取水面光子信号椭圆密度滤波参数，并根据水面光子信号椭圆密度滤波参数得到水下光子信号椭圆密度滤波参数；S2：确定水下光子信号滤波参数与光子信号高程值的关系；S3：对水面光子信号与水下光子信号进行滤波以及提取，获取连续的水深提取结果。

技术领域

本发明涉及模型算法技术领域，具体来说，涉及一种面向水深提取的光子计数激光雷达自适应滤波算法。

背景技术

光子计数激光雷达是近年来发展出来的新型激光探测技术，相比传统的激光雷达，光子计数激光雷达具有更高的脉冲发射重复频率，并采用极高灵敏度的接受器件，将传统的器件接受数百甚至数千光子的回波包络幅值探测转化为对单个光子的探测，因此具有距离远、高重频、高效率、轻量化等优势，同时克服了传统激光器体积大、质量大、可靠性低，以及脉冲能量和重复频率之间矛盾等问题。光子计数激光雷达在设计思想和数据处理方法上有较大区别。获取有效信号时，它不再专注于用高能量发射获取高信噪比的波形，而是注重利用有限的资源，充分利用回波信号中的每一个光子。通过改进数据处理的方法，在低信噪比的信号中也能做到有效信号的提取。基于光子计数探测的激光测高技术已然成为一种激光探测技术未来发展趋势和方向。

当前的诸多研究表明，光子计数雷达具有一定的水深探测能力，但当光子计数激光雷达探测目标区域为水体时，激光点云数据会呈现与陆地探测数据不同的特点。目前国内外并没有针对光子数据在水深提取方面的研究，因此传统的算法在处理水体数据时滤波效果不佳，无法有效将水面与水底光子信号同时提取并计算水深。

针对光子计数数据处理存在的问题，目前并未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种面向水深提取的光子计数激光雷达自适应滤波算法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种面向水深提取的光子计数激光雷达自适应滤波算法，包括如下步骤：

S1：自适应获取水面光子信号椭圆密度滤波参数，并根据水面光子信号椭圆密度滤波参数得到水下光子信号椭圆密度滤波参数；

S2：确定水下光子信号滤波参数与光子信号高程值的关系；

S3：对水面光子信号与水下光子信号进行滤波以及提取，获取连续的水深提取结果。

进一步的，所述步骤S1中，自适应获取水面光子信号椭圆密度滤波参数的步骤包括：

S11：获取光子计数激光雷达原始点云数据：

，

其中，为每一个光子信号的沿轨距离，为每一个光子信号的高程，为原始点云数据包含的光子数量；

S12：以为高程方向切片间隔，将原始数据在高程方向切分为个切片单元：

；

S13：对于S12中切分的个切片单元，统计每个切片单元中的光子信号数量：

，

其中，为每个高程切片中心高程，为切片单元中的光子信号数量；

S14：利用正态分布曲线对高程切片中心高程与切片单元中的光子信号数量之间的关系进行拟合，得到拟合关系为：

，

其中，表示包含光子信号最多的高程切片中的光子信号数量，表示该切片的中心高程，为正态分布标准差，为正态分布自变量；