中國科學院上海光學精密機械研究所劉繼橋獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉中國科學院上海光學精密機械研究所申請的專利基于激光雷達云回波信號確定二氧化碳柱線濃度的方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN116449333B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-08發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202310142296.X,技術領域涉及:G01S7/48;該發明授權基于激光雷達云回波信號確定二氧化碳柱線濃度的方法是由劉繼橋;高雪潔;陳衛標;樊純璨;陳橙;竹孝鵬設計研發完成,并于2023-02-20向國家知識產權局提交的專利申請。
本基于激光雷達云回波信號確定二氧化碳柱線濃度的方法在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于激光雷達云回波信號確定二氧化碳柱線濃度的方法,屬于大氣激光遙感技術領域。該方法能夠有效的從包含多個硬目標反射的回波信號中提取出云的回波信號,計算云上二氧化碳柱濃度,包括以下步驟:對路徑積分差分吸收激光雷達IPDALidar原始數據進行預處理,提取出輔助數據如時間、位置、載荷姿態角和速度等信息;從去除背景噪聲的信號數據中提取出信號特征,利用基于中位數絕對偏差的篩選方法確定信號峰值位置;利用信號峰值位置求解硬目標距離海平面的高度;計算各回波距離差,利用高度閾值匹配信號點,然后對匹配回波信號的積分范圍做一致性處理并求解積分值;利用統計特征和高度閾值對匹配后的信號進行篩選得到有效的云回波信號;利用云的online和offline回波信號求解差分光學厚度DAOD;利用溫度、濕度、壓強數據,結合多普勒頻移矯正計算積分權重函數IWF;最終計算云上的二氧化碳柱線濃度XCO2。
本發明授權基于激光雷達云回波信號確定二氧化碳柱線濃度的方法在權利要求書中公布了:1.一種基于激光雷達云回波信號確定二氧化碳柱線濃度的方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟1.利用路徑積分差分吸收激光雷達系統獲得地面和云層的回波信號; 步驟2.對所述地面和云層的回波信號進行預處理,包括: 提取輔助數據段,獲得時間信息、位置信息和載荷飛行信息;以及監測信號和回波信號; 步驟3.信號去噪:分別去除online和offline信號段的本底噪聲,并進行局部加權二次回歸平滑去噪,得到去噪后的信號; 步驟4.信號特征的提取:將所述去噪后的信號的所有極小值點作為信號點的待篩選數據集,利用基于中位數絕對偏差的離群值篩選方法對該待篩選數據集進行篩選,提取所有信號的峰值點,將online和offline回波信號段的信號點進行匹配,對相匹配的回波信號的積分范圍做一致性處理求解積分值,獲得信號的峰值位置及電壓、積分區間及電壓,并分別取online和offline信號段的預觸發數據點作為噪聲數據; 步驟5.根據所述信號的峰值位置計算目標距離海平面的高度; 步驟6.利用統計特征和高度閾值對匹配后的信號進行篩選,得到有效的云回波信號; 步驟7.根據云的online和offline回波信號電壓積分值計算差分吸收光學厚度DAOD; 步驟8:利用溫度、濕度、壓強氣象數據,結合多普勒頻移校正計算積分權重函數IWF; 步驟9:根據步驟7得到的差分吸收光學厚度和步驟8得到的積分權重函數,計算云上的二氧化碳柱線濃度XCO2,并根據不同的分辨率要求,對二氧化碳柱線濃度進行多點平均; 步驟4中利用基于中位數絕對偏差的離群值篩選方法對該待篩選數據集進行篩選,即篩選出信號點樣本中與中位數相差超過三倍經過換算的中位數絕對偏差的點即為回波信號點,其中,中位數絕對偏差MAD定義為: MAD=median|Xi-meadianXi|i=1,...,n 其中,medianX表示數據的中位數,Xi表示第個數據點;具體方法是篩選出信號點樣本中與中位數相差超過三倍經過換算的中位數絕對偏差的點即為回波信號點,即滿足: XiMAD+3·σ XiMAD-3·σ 將MAD當作標準差σ估計的一種一致估計量時,σ=k·MAD,k為比例因子常量,對于正態分布數據,k≈1.4826; 步驟5中根據所述信號的峰值位置計算目標距離海平面的高度H,公式如下: H=h-D·cosγp·cosγR D=0.5×don+doff 其中,h為載荷的飛行高度,γp為飛行俯仰角,γR為飛行滾轉角,D為載荷到目標的距離,don和doff分別為用Online脈沖和Offline脈沖計算得到的載荷到目標質心的距離。
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