一种激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法与流程

本发明涉及激光测风雷达信号处理，尤其涉及一种激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法。

背景技术：

1、激光测风雷达是以激光作为信息载波，以光电探测器为接收器件，以光学望远镜为发射与接收天线，通过信号处理与数据反演，实现对目标探测的雷达(radar)系统。但是，由于激光的反射信号十分微弱，往往淹没在噪声里，故而需要提高信噪比，以从噪声中提取激光回波信号，对风速、风向的测量。现有技术中，一般是通过对雷达回波信号进行噪声抵消处理，以提高信噪比。其过程大致是将雷达回波信号和参考信号（噪声信号）在自适应滤波器中进行处理，再利用最小均方算法(lms)或其它算法调整权系数，最终实现去除噪声，提高信噪比的目的。但这种方式存在以下问题：由于在激光雷达可探测范围内，在不同的径向高度层的风速和风向存在不同，对应的噪声也不同。直接以整体的回波信号检测的结果来作为激光雷达的检测结果，则会导致在统计特性上存在差异，甚至得出的结果相差甚远。

2、为此，需要设计一种激光雷达的信号处理方法，降低不同的径向高度带来的对结果的影响程度，以提高激光信号的信噪比。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种步骤操作便捷、能有效提高测量精度且能够有效提高信号信噪比的激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法。

2、本发明所采用的技术方案是，在本发明方法中，将激光测风雷达发射前移频的频率设定为中频，记为fm，该方法包括以下步骤：

3、a. 将激光测风雷达的径向检测距离按等距离地分成n个距离层，并为每个距离层均设置一个自适应噪声抵消器；

4、b. 分别检测每个距离层对应的雷达回波信号，并将回波信号的频率记为fi，i表示距离层的层数，分别将每个距离层对应的回波信号输入到对应的自适应噪声抵消器作为基本信号，同时将采集的实时噪声信号作为参考信号输入到对应的自适应噪声抵消器中，然后进行信号处理，得到误差信号；

5、c. 根据基本信号和误差信号，采用最小均方算法调整每个自适应噪声抵消器的权系数，且每个自适应噪声抵消器均有不同的权系数，进而使得每个自适应噪声抵消器的误差信号趋近于真实的雷达有用信号，最终实现噪声去除，提高信号信噪比。

6、进一步地，上述方法还包括以下步骤：

7、d. 分别计算每个距离层的多普勒频移fdi：

8、fdi=fi-fm；

9、其中i为距离层的层数，其取值范围为1～n的正整数；

10、检测激光测风雷达对于每个距离层的俯仰角和方位角，结合步骤c中计算得到的每个距离层的多普勒频移fdi，计算得到每个距离层的径向风速和风向。

11、更加具体地，所述步骤b中，记f1为第一距离层对应的回波频率，f2为第二距离层对应的回波频率，……，fn为第n距离层对应的回波频率；所述步骤d中，每个距离层的多普勒频移分别记为：第一距离层的多普勒频移fd1=f1-fm，第二距离层的多普勒频移fd2=f2-fm，第三距离层的多普勒频移fd3=f3-fm，……，第n距离层的多普勒频移fdn=fn-fm。

12、此外，所述步骤a中，根据激光发射的时间点和收到回波的时间点的时间差△t及光速c，计算出激光测风雷达检测的径向距离l为：

13、l=c·△t/2；

14、再结合激光测风雷达的俯仰角和方位角，即解算出反射点的垂直距离和水平距离。

15、本发明的有益效果是：本发明中，依据激光测风雷达各距离层噪声不同的特点，对各个距离层分别采用独立自适应噪声抵消的方法，将原来较为笼统的抵消方式，采用更加细分的结构和方法，针对不同层的特点进行具体的噪声抵消，有效地提高了激光测风雷达的信噪比（snr）(作用距离)。

技术特征：

1.一种激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法，在该方法中，将激光测风雷达发射前移频的频率设定为中频，记为fm，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法，其特征在于，所述步骤b中，记f1为第一距离层对应的回波频率，f2为第二距离层对应的回波频率，……，fn为第n距离层对应的回波频率。

4.根据权利要求2所述的一种激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法，其特征在于，所述步骤d中，每个距离层的多普勒频移分别记为：第一距离层的多普勒频移fd1=f1-fm，第二距离层的多普勒频移fd2=f2-fm，第三距离层的多普勒频移fd3=f3-fm，……，第n距离层的多普勒频移fdn=fn-fm。

5.根据权利要求1所述的一种激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法，其特征在于，所述步骤a中，根据激光发射的时间点和收到回波的时间点的时间差△t及光速c，计算出激光测风雷达检测的径向距离l为：

技术总结本发明提供一种激光测风雷达的分层自适应噪声抵消方法。本发明方法为：a.将激光测风雷达的径向检测距离按等距离地分成n个距离层，并为每个距离层均设置一个自适应噪声抵消器；b.检测每个距离层对应的雷达回波信号，将每个距离层对应的回波信号输入到对应的自适应噪声抵消器作为基本信号，将采集的实时噪声信号作为参考信号输入到对应的自适应噪声抵消器中，得到误差信号；c.根据基本信号和误差信号，调整每个自适应噪声抵消器的权系数，使得每个自适应噪声抵消器的误差信号趋近于真实的雷达有用信号，实现噪声去除，提高信号信噪比。本发明用于激光测风雷达信号处理技术领域。技术研发人员：曹丁象,赵德平,张才士,巨兴斌,杨军,韩增良,肖虎,刘雄,卢敬光受保护的技术使用者：珠海光恒科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2