一、基于小波变换的探地雷达目标成像廓线获取（论文文献综述）
付松琳[1]（2021）在《星载气溶胶激光雷达的模拟仿真和反演算法应用研究》文中提出气溶胶是大气污染物的主要组成部分,是城市光化学烟雾的重要来源。气溶胶通过直接和间接效应影响地球-大气之间的辐射收支平衡。星载激光雷达具有时空分辨率高、日夜兼用和探测区域宽广等优点,已成为有效获取广域和全球范围气溶胶和云光学特性时空分布的重要技术手段。当前获取大区域范围的气溶胶垂直廓线信息采用的是美国NASA发射的CALIOP提供的数据产品,为了可以得到更为全面的气溶胶垂直观测数据与近地面雾霾信息,需要研制星载激光雷达对我国区域范围内的污染的环境情况进行监测,获取中国区域的污染信息的精准时空分布,并对区域内污染物浓度进行辨识量化。本文研究工作主要包括两方面,一方面依据星载激光雷达探测需求,研制星载激光雷达缩比样机,并由此开展星载激光雷达的性能模拟仿真研究;另一方面针对星载激光雷达测量信号特征,开展边界层内气溶胶光学特征和质量浓度定量反演算法研究。在星载气溶胶激光雷达性能模拟仿真研究方面。依据星载激光雷达探测要求,研制缩比样机系统。该系统采用与星载激光雷达一致的光子计数激光雷达探测体制,通过光机优化设计和结构模态分析,确保出射激光和接收光学间的高精度对准和保持,有效解决白天背景光干扰,实现10km高度范围大气气溶胶的昼夜观测能力。同时依据该缩比样机实际测量数据,通过构建星载激光雷达测量有效信号、背景信号和信噪比模拟仿真,重点评估星载激光雷达在洁净、灰霾和有云三种典型天气条件下的探测能力和垂直廓线数据质量,并由此给出星载激光雷达后续研制建议。在星载气溶胶激光雷达数据反演算法研究方面。首先,对Collis斜率法、Klett方法和Fernald方法对米散射激光雷达反演算法进行比较分析,并重点给出Fernald反演算法的不确定度分析。其次,根据激光雷达信号特征采用自适应阈值函数去噪算法,通过调整阈值函数实现去噪的同时最大限度地保留有用信号,显着提高激光雷达测量信号的信噪比。同时提出一种分段反演云下气溶胶优化算法,利用微分零交叉法识别云顶高度和云底高度,通过迭代反演合理选择云激光雷达比,实现云下气溶胶光学特性垂直廓线的精确反演。最后,通过将获取的光学特性与气象要素和实测的颗粒物浓度建立回归预测模型,实现对颗粒物浓度的辨识研究。采用逐步判别法对特征值进行筛选并运用线性回归、BP神经网络和GA-BP神经网络构建辨识回归模型,实现颗粒物浓度的评分预测。通过逐步判别方法选用6个特征变量组成特征集,此时R2最高且RMSE值最小,分别为0.98和0.19。通过回归模型发现,GA-BP的预测误差范围比BP的预测误差范围小,预测效果优于BP方法。其回归模型的训练集相关指数R2=0.904,测试集的相关指数R2=0.899,平均预测误差为7.122μg/m3,说明激光雷达可以有效地监测颗粒物的分布。证明了激光雷达可以作为一种有效的和灵活的仪器收集颗粒物浓度数据的可行性,特别是监测PM2.5浓度在大气中的空间分布。综上所述,星载气溶胶激光雷达缩比样机可以满足观测需求,该激光雷达的星载模拟信号云层和污染层的层结构明显。星载气溶胶激光雷达在轨后获取的数据产品可以联合气象要素数据对颗粒物浓度进行表征,实现定性遥感到定量遥感的转换。
薛策文[2]（2021）在《全极化探地雷达数据融合分析研究》文中指出探地雷达（Ground Penetrating Radar,GPR）是一种基于电磁反射信息的适用于浅层探测的无损探测工具。常规的探地雷达大多是单极化雷达,它是利用获得的电磁反射波的频率、相位等信息来进行识别目标体,但是它仅能采集到一种极化方式的信息,对于复杂地下目标体的识别有时难以满足要求。为了获得地下目标体更全面更准确的信息,全极化探地雷达被发展起来。全极化探地雷达是通过四种不同的天线组合来工作,它获得的信息比单极化探地雷达获得的信息多三倍。全极化探地雷达不光可以得到传统探地雷达所能获得的振幅、相位、频率等信息,还可以获得极化属性信息,因此全极化探地雷达对于复杂目标体的识别有更好的能力。但是对于四种探地雷达图像所存在的多种信息如何进行整合,得到最终的全极化探地雷达图像,需要进一步研究。数据融合是将来自不同传感器的同一目标的数据信息,通过对多个数据的提取,使其得到对同一目标的准确形容。在全极化探地雷达数据融合中,目前仅有加权平均融合方法被使用,这个方法无法确定不同极化方法所适应的权值,无法同时适应不同散射机制的地下目标体,简单的平均融合更是会掩盖全极化的优势,导致融合的图像结果无法得到突出地下目标体的信息。本研究主要是寻找方法（主成分分析、拉普拉斯金字塔、多尺度小波变换）来进行全极化探地雷达数据融合,加强全极化探地雷达融合图像的分辨率。论文的主要内容如下:1.介绍了全极化探地雷达的采集系统。其中包括两种全极化探地雷达系统,一种是适合实验室测量的系统,基于Vivaldi天线的全极化探地雷达系统;另一种是适合野外测量的系统,基于喇叭天线的自动控制全极化探地雷达系统。2.介绍了全极化探地雷达数据融合的理论,发展了主成分分析、拉普拉斯金字塔和多尺度小波变换与全极化探地雷达数据融合结合的方法。3.在实验室中将三种数据融合方法分别与全极化探地雷达三种不同散射机制的目标体数据进行结合,建立了瞬时振幅和改进梯度为核心的融合图像优选系统,寻找到了适合不同散射机制目标体的数据融合方法,以及适合未知散射机制目标体的数据融合方法。4.在野外冰层进行探测,将适合未知散射机制目标体的数据融合方法与传统加权平均方法对比。
储玉飞[3]（2020）在《基于多种激光雷达探测边界层参数的技术与方法研究》文中指出大气边界层的垂直分层对大气-地球圈层相互作用具有重要影响。这里的地球圈层包括人类活动、生物圈、水圈、冰冻圈和固体地球等。大气边界层的状态对于地球和大气之间的交换过程至关重要,因为大气边界层的分层可以阻碍或改变能量、动量、湿气和微量物质等的垂直和水平传输。因此边界层的分层结构（如大气边界层高度和混合层高度）决定了许多大气模式过程,尤其是对流过程。这些过程对湍流的描述以及对污染物的混合（例如气溶胶分布、对流活动以及云雾形成）至关重要。大气垂直分层的检测研究是研究边界层的主要任务之一,所以本论文主要讨论大气边界层的垂直结构及其演化。边界层高度可以通过探空数据得到,但是探空数据一天一般只有2到4个数据,时间分辨率不够,没有办法反演边界层高度一天的连续变化。边界层高度也可以通过气溶胶数据反演得到。但是罗涛等人指出尽管基于气溶胶的方法在海洋上表现良好,但气溶胶结构通常无法在陆地上提供可靠的边界层高度。对于混合层的高度,可以用垂直风场数据得到,但是传统的固定阈值方差方法在湍流较强时较高而在湍流较弱时较低,并且无法解决存在垂直波时混合层高度的误差问题。由于目前能提供全天候拉曼激光雷达水汽数据的站点不多,并且需要其他相关配套探测（如探空数据、垂直风场数据）等很全,所以本文选择位于俄克拉荷马州中北部的南部大平原站点的多普勒激光雷达和拉曼激光雷达数据作为本文的主要数据来源。本文的主要内容是采用南部大平原站点的数据解决以上算法的问题,并做了一些统计探索:首先,我们基于拉曼激光雷达的水汽数据,使用改进的Douglas-Peucker（DP）算法来反演得到边界层高度。本文首次使用拉曼激光雷达水汽数据来反演多年的边界层高度变化;提出了阈值算法、斜率法和DP算法相结合的优化算法反演边界层高度,并将其结果与探空数据进行比较,结果显示基于拉曼激光雷达探测的边界层高度和探空数据吻合的较好。其次,使用多普勒激光雷达探测的垂直风场数据,通过使用方差和小波算法相结合来反演得到混合层高度。本文提出了一种基于传统方差算法的动态阈值方法,但是这种方法不能解决存在垂直方向波时混合层高度的误差问题。进而改进了动态阈值方法,可以有效的鉴别出垂直波的存在,但得到混合层高度不够平滑。为此我们提出了一种小波算法来计算混合层的高度,结果显示小波方法可以得到准确的混合层高度,但是当湍流的涡流尺度过大时,大尺度涡流可能也被过滤掉,从而造成误差。在此基础上,我们利用小波算法下不同涡流大小的湍流能量分布不同的特性区分大尺度湍流和小尺度湍流,然后在小尺度涡流时用小波算法,在大尺度涡流时用改进的动态阈值法,这样可以最大限度的准确反演出混合层高度。因为湍流的涡流尺度分布对气象学中的模式研究特别重要,我们采用快速傅立叶方法研究了湍流的涡流尺度分布。然后,在以上改进算法工作的基础上,本文利用南部大平原站点拉曼激光雷达和多普勒激光雷达的长期观测数据研究了不同天气条件下边界层高度和混合层高度的日变化,结果显示在晴朗天气下混合层的抬升速度比有云天快;在晴朗天气下日出后混合层高度会迅速抬升和边界层一致,然后混合层和边界层高度一起变化等现象。统计了温暖天气下周平均边界层高度和混合层高度的日变化规律,结果显示混合层的持续时间和起始时间和日照时间一致;夏中边界层高度的日变化比初夏和夏末的边界层高度日变化小等现象。最后,虽然激光雷达技术一直在不断发展,但目前还有很多不足的地方,比如拉曼激光雷达回波信号很弱,白天探测信噪比低,为此本文提出外差放大拉曼激光雷达的技术方案,该方案利用种子光在本地激发本振的水汽拉曼信号和氮气拉曼信号并通过声光调制器移频后与大气回波信号进行相干探测,此方法在原理上可以大大提高探测的信噪比。另外介绍了可以同时测量大气多种参数的频率梳激光雷达、采用频率梳光源一次性测法布里-珀罗标准具透过率曲线的方法、采用微流芯片中回音壁模式光源测量法布里-珀罗标准具透过率曲线的技术和采用回音壁模式光源测量法布里-珀罗标准具偏振特性的技术。
郭宇[4]（2020）在《风廓线雷达探测大气边界层特性研究》文中指出风廓线雷达是一种地基遥感设备,能够实时提供大气的3维风场信息、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布,具有很高的时空分辨率,目前国内对应用风廓线雷达谱产品探测边界层特性的研究并不多。本文基于风廓线雷达能够连续、高效和准确地探测无降水情况下大气边界层的特性,利用风廓线雷达和微波辐射计资料,应用传统方法及其改进方法,对大气边界层高度进行反演,并对比分析不同方法、时段的反演结果,总结了其原理差异。不仅如此,本文还利用了位于上海城郊同步观测的风廓线雷达,多要素分析并对比城郊边界层和风的相关情况,并指出原因。对基于信噪比反演高度的传统梯度法和小波法进行了改进并进行对比,改进效果良好。基于微波辐射计温度廓线的Holzworth法只适用于白天对流边界层。基于温度和水汽密度廓线的温度梯度法,反演高度日变化不大,日最小高度较大,主要依赖于临界值的选取。对上述反演结果的差异进行了原理探究,基于信噪比反演依赖于湿度梯度;Holzworth法高度依赖于地表温度;温度梯度法反演以虚位温廓线为依据。对上海城郊边界层探测发现,城区垂直运动强于郊区,该现象在夜间更为明显,由于上升气流加强的影响,城区上升运动比郊区更强。郊区风速高于城区,夜间风速强于白天;郊区的各高度最大风速及其梯度均高于城区;白天风速梯度随高度变化更小;城市冠层以上,风速及梯度迅速增大,粗糙次层以上,风速变化缓慢;受下垫面粗糙度影响,城区100m高度处风速明显小于郊区,而在冠层以上,风速较接近,相关系数达到了73%。受粒子大小及湍流影响,郊区上空总体谱宽强于城区,且随着高度增加,谱宽减小;400米处郊区白天湍流耗散率略大于城区,夜间则小于城区。白天城区边界层高度总体高于郊区,尤其以午后较为明显,达到了1.4km,夜间两站高度均下降明显,维持在300多米。
张亮[5]（2020）在《改进的小波提升算法及其在地质雷达信号精细化分析中的应用》文中研究指明地质雷达法能有效地探测和推断被测对象内部介质的分布情况,在工程质量检测与灾害评估方面得到了广泛应用。然而,目前地质雷达法在数据处理、图像信息的准确解译与精细化识别等方面还存在诸多不足。本文以隧道衬砌结构背后常见的空洞缺陷探测为研究对象,基于改进的提升格式小波构造算法和新构造的提升格式小波基函数,将地质雷达法与提升格式小波分析方法相结合,对检测中存在的强振幅干扰信号压制、缺陷目标体反射信号偏移成像及信号定量分析等问题进行了深入地探讨和研究。主要工作包括以下几个方面:（1）在传统小波分析原理及双正交小波传统构造方法的基础上,针对地质雷达信号分析用小波基选取时存在的不确定性和盲目性问题,开展了与地质雷达信号波形相匹配、性质优良的双正交小波基函数构造方法研究。阐述了小波提升方案的概念、算法实现的原理,并对提升格式小波基构造一般算法进行了分析和讨论。通过对传统提升方法中滤波器系数的特点和滤波器组之间须满足的关系进行论证和推导,提出了改进的提升格式小波构造算法及其实现的基本流程,并基于完全重构滤波器方程,给出了与地质雷达信号匹配性好、具有高消失矩的双正交小波基构造的实现过程,应用紧支集小波正则指数计算原理,对新构造小波基的正则性进行了验算和比较。（2）针对地质雷达图像中钢筋等强反射作用造成的干扰屏蔽影响,以及常规一维小波分解难以将强反射干扰与微弱有效信号分离的问题,利用二维小波变换具有将图像信号分解成一系列不同方向、空间局部变化的子带、小波熵能反映信号能量分布特性的特点,提出了基于二维图像小波变换与小波能谱熵理论的地质雷达强反射干扰信号去除方法（TDWE法）。对各小波基函数的对称性、与地质雷达信号波形的相似度、地质雷达信号分解后的重构误差等性能进行了分析和比较,从小波函数的性质和信号能量熵计算的角度,对适合雷达图像处理的最优小波基函数进行了选择,基于最优小波基,采用TDWE法分别对钢筋-空洞正演图像及钢筋-空洞检测试验实测结果进行强反射压制和图像分辨率提高分析。（3）针对地质雷达图像缺陷目标体信号偏移处理中偏移速度难以选取及无法实现绕射波信号的精细化成像问题,利用非抽样小波具有不丢失相位信息及F-K域算法具有偏移运算速度快、稳定性好的特点,提出了一种基于二维非抽样小波与F-K偏移算法的地质雷达信号偏移归位方法（UWFK偏移法）。在对传统的F-K偏移算法原理及二维非抽样小波变换理论进行介绍的基础上,阐述了 UWFK偏移法实施的一般流程。通过对弱绕射波信号进行偏移处理并计算图像信息熵值,分析了偏移处理所需的最佳速度值。根据比较得到的最佳偏移速度值,采用UWFK法分别对地质雷达空洞正演图像及不同形状空洞的实测雷达图像进行了偏移归位分析。（4）为了实现对隐伏空洞边界的精细化识别和准确定位,采用小波模极大值法和小波时-能密度法对地质雷达检测信号奇异点进行精确提取与识别。构建了地质雷达多频率脉冲模拟信号,对两种识别方法在地质雷达信号奇异性检测中的可行性进行了验证分析。基于新构造的Tshg3.5小波基和小波库中已有的通用小波基,分别采用小波模极大值法和小波时-能密度法对地质雷达空洞正演模拟信号及空洞探测纵向测线和横向测线数据进行特征点信息提取和空洞缺陷尺寸量化分析,并对适用于RIS型地质雷达信号定量分析用的最优小波基和较优识别方法进行了比较和优选,最后对空洞的三维成像进行了分析。本文所做的研究工作,立足于学科前沿,着眼于现阶段地质雷达图像处理和信号分析中的热点问题,对地质雷达信号分析用小波基的构造与算法实现、地质雷达图像中强反射干扰信号的压制、缺陷目标体反射信号偏移成像及雷达信号定量识别等相关问题进行了深入系统地研究,具有较高的理论意义和实用价值,为隧道衬砌结构的健康诊断与质量安全评价奠定了理论与技术基础。
党蕊君[6]（2020）在《基于地基激光雷达资料的边界层高度反演与同化研究》文中研究表明大气边界层是直接受地表影响并在短时间内对地表强迫做出响应的对流层底层,与人类活动及整个生态系统密切相关。边界层高度作为表征边界层结构的长度尺度以及中小尺度大气或空气污染模式、气候模式的重要输入参数,对其准确评估至关重要。目前没有直接探测工具,主要依赖于大气变量（位温、比湿、风速等）和气溶胶浓度垂直廓线的探测进行估计。气溶胶激光雷达作为主动遥感仪器被广泛应用于边界层高度的反演中,近年来尽管诸多算法被提出并发展但是激光雷达反演边界层高度依然存在挑战,尤其是在云层和残留层存在的复杂层结情况下。此外,激光雷达在全球很多国家和地区广泛布网,提供了大量高时空分辨率观测资料,将其同化进数值模式无疑会进一步提高其应用价值。激光雷达资料属于非常规观测,直接同化存在较大的困难,先基于其反演边界层高度,再将反演结果同化进模式是一条有效途径,但极具挑战性。本文将探索提高雷达反演边界层高度准确性的方法,并基于边界层高度与大气变量的相关性分析,初步开展边界层高度同化试验研究。首先基于兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）的微脉冲激光雷达资料,结合实例分析对目前广泛应用于边界层高度反演的算法进行比较。分别针对晴空和复杂层结（云层、残留层）情况,利用理想廓线方法和小波协方差变换方法反演边界层高度,对不同条件下白天边界层发展过程和强迫机制进行分析。在晴空条件下直接利用两种算法进行反演,通过考虑时间连续性剔除局地噪音信号对反演结果的干扰。对比结果表明,雷达反演结果与基于探空资料通过位温梯度方法确定的热力边界层高度接近,根据41个晴空实例计算的相关系数高于0.9;雷达反演的边界层高度能够很清晰地体现白天边界层的发展过程,白天边界层的发展主要受地表热力强迫的湍流强度决定,边界层高度的日变化主要响应于地表湍流动能的浮力产生（或感热通量）的日变化。同时,逆温结构会严重限制边界层的发展。在有云以及残留层存在的复杂层结下,本文提出了一种根据云层和残留层的位置动态确定上限高度的方法以减弱复杂层结的影响。云层和残留层的识别主要基于在这些层结的上下边界处散射信号的强正负梯度会成对出现的特征,同时,云层（或残留层）对激光的散射强度通常远高于（或接近于）边界层内气溶胶的散射。此外,对于云层,根据云底以下是否存在能反映边界层顶的强的信号负梯度（阈值-2）以判定其是否与边界层耦合。当云层位于边界层以上（或边界层顶时）时,云底高度（或云层以上散射信号正梯度首次出现的位置）判定为反演边界层高度的上限位置;而对于残留层,层顶以下信号最强正梯度的位置确定为上限高度。在上限高度以下,利用小波变换方法和理想廓线方法反演边界层高度,并和晴空情况类似,考虑时间连续性剔除局地噪音信号的干扰。与探空反演结果对比发现,上限高度有效减弱了云层对雷达反演边界层高度的干扰,20个有云实例两种探测手段反演结果的相关系数超过0.7。日变化过程进一步反映了上限高度对残留层和云层干扰的减弱,给予高度限制后反演的边界层高度能够清晰反映边界层发展的日变化过程,能够被等效位温的时空分布和地表湍流动能（切变产生和浮力产生）的日变化合理解释。此外,在多云天气,边界层的发展可能会受云层辐射强迫的影响,相比于晴空,多云天气边界层的发展机制可能更为复杂。边界层高度同化最主要的困难在于非线性观测算子比较复杂,集合卡尔曼滤波（EnKF）同化方法解决了变分方法中伴随矩阵实现困难的问题。相比于3D-VAR方法中使用的定常的背景误差协方差,EnKF基于集合预报样本统计获得流依赖的背景误差协方差矩阵。本文选取一种简化的不考虑观测扰动的集合同化方法,集合均方根滤波（EnSRF）,开展边界层高度同化试验。在同化之前先对边界层高度与大气变量的相关性以及相关性的空间分布进行统计分析。结果表明,边界层高度和位温（或扰动位温）、比湿（或水汽混合比）、扰动位势高度有着显着的相关性,和三维风场的相关性弱。在垂直方向上,相关系数在边界层内接近于常数且相关性强于自由大气,在边界层顶附近存在明显的过渡区。在水平方向上,边界层高度和模式变量相关性的强度及性质跟下垫面类型有关,在垫面类型一致的区域相关性较强。最后,基于相关性统计结果,借助WRF中尺度数值模式和EnSRF同化方法,通过观测系统模拟试验（OSSEs）对边界层高度同化时模式分析变量的选取、垂直局地化和水平局地化等问题进行探讨。研究结果表明,白天边界层高度的同化对边界层高度以下的模式变量包括扰动位温、水汽混合比和扰动位势高度的模拟和预报产生显着改进,对边界层高度以上的3个变量几乎无改进作用;对垂直任意层的垂直速度的影响不明显、但会导致所有层的水平风场偏离其“真实场”。当直接被更新的分析变量只包括扰动位温、水汽混合比和扰动位势高度,垂直影响半径设置为边界层高度时,边界层高度的同化有利于增强边界层内的垂直湍流混合强度,产生更暖更干的边界层,诱导更强的夹卷过程使得向下的动量通量输送增强,边界层内的风场会相应增强并在大部分地区更加接近“真实场”（除过研究区域的边界处）。因此,在白天边界层高度同化过程中,直接被更新的模式分析变量可以只包括扰动位温、水汽混合比和扰动位势高度,垂直影响半径应该确定为边界层高度或略高于边界层高度。夜晚边界层高度一般远远低于白天,同化试验结果表明边界层高度同化对模式变量的影响远低于白天。夜晚边界层高度同化时,仅会对水平风场产生微弱的改进,且垂直影响半径为边界层高度或略高于边界层高度,其他状态变量会因为模式的动力协调而产生微小改进。在水平局地化方面,陆面边界层高度的同化对水体区域扰动位温和水汽混合比产生负面影响,因此在边界层高度同化时应该考虑下垫面类型的影响,陆面（或水体）观测只应影响陆面（或水体）模式格点的状态变量。采用不同水平影响半径的研究发现,边界层高度同化会对水平一定范围内模式格点的扰动位温、水汽混合比和扰动位势高度的模拟和预报产生明显改善。单点试验显示,边界层高度同化的水平影响半径大约为20dx（约60 km）;当存在多个观测点时,水平影响半径跟观测站点的稀疏程度有关。局地化主要作用是降低远距离虚假相关的影响,理论上应该有一个最优取值,但是由于本研究中试验模拟区域较小且下垫面比较均匀等原因,敏感性试验中并未出现优化的最优解。本研究试验结果表明,在下垫面类型比较均匀的区域进行边界层高度同化时,综合考虑同化效果和计算成本,最佳水平影响半径应该是观测点间距的1-2倍。
杨琳娜[7]（2020）在《探地雷达信号处理算法研究》文中指出探地雷达,一种基于电磁波在地下非均匀界面反射和折射来实现地下探测的设备,由于其高效、无损、分辨率高等优势,被广泛应用于路面检测、城市建筑、地质研究、军事侦察、医学成像等领域。本论文对探地雷达回波数据的杂波抑制算法以及合成孔径成像算法进行了研究,具体工作如下:1.以A-Scan数据形式为基础,利用MATLAB对回波数据进行B-Scan形式呈现,验证分析了探地雷达点目标回波的双曲线特征。2.对探地雷达回波数据的一系列预处理算法进行了研究,从初步的简单噪声抑制算法到后面的直达波去除算法、零偏修正算法以及最后的小波阈值去噪算法,并且用MATLAB软件对这些算法展开了仿真数据和实测数据两方面的验证。3.为解决小波阈值去噪算法的不足,提出了小波阈值-LMS自适应滤波联合去噪算法,对小波分解后的低频部分进行滤波处理,提高了信噪比。4.用基于时域的后向投影成像算法对预处理后的回波数据进行了成像处理,采用基于窗函数的BP算法和快速BP算法分别克服了原始BP算法抑制杂波、旁瓣能力不足以及运算时间长的缺点。提出了基于窗函数的快速BP算法同时改善了BP算法杂波抑制能力不足,运算量大的缺陷。
徐奕冉[8]（2019）在《沙氏激光雷达信号降噪及反演方法研究》文中指出大气是人类赖以生存的环境,大气监测是改善大气环境的重要环节。沙氏大气激光雷达技术（以下简称为SLidar技术）是一种可探测大气气溶胶特性的新型大气激光雷达技术。SLidar技术以沙氏原理为基础,融合了先进的激光器技术、图像传感器等技术,实现对大气回波信号的探测与研究。SLidar技术探测到的大气回波信号不可避免地受到噪声的影响,其主要来源为太阳背景光噪声及图像传感器噪声。噪声会降低信噪比,缩短测量距离,导致反演误差增加。因此,对大气回波信号进行降噪处理,从而提高信噪比,对SLidar技术的研究和应用具有非常重要的意义。本文重点开展了两个方面的研究工作:沙氏大气激光雷达降噪技术与大气参数反演技术,并分别介绍了其理论依据与具体实现方法。首先介绍了大气激光雷达技术研究的背景和意义;第二章针对沙氏大气激光雷达的原理、特点及系统各部分组成进行了详细的介绍;第三章探讨了大气激光雷达信号的不同降噪技术,重点介绍了小波变换原理,并利用小波阈值降噪方法对沙氏大气激光雷达所测得的信号进行降噪处理,通过实验分析、参数优化、实验对比分析等技术手段,最终确定了分解层数为5,小波基为sym6,以及改进规则阈值与改进阈值函数的方法,作为最适用于SLidar技术的小波降噪方法,其降噪后信噪比可提高5-7倍;第四章介绍了SLidar技术的消光系数反演算法,并明确信号处理的各个关键性步骤,主要利用Klett-Fernald算法来反演获得大气消光系数,并最终获得了反演出来的大气消光系数及相关参数,实验研究发现大气平均消光系数与监测站所监测到的大气颗粒物浓度具有高度的一致性。
李丽美[9]（2019）在《基于Scheimpflug激光雷达技术的大气边界层高度探测》文中认为当前,随着科技的发展和工业化进程的加快,空气污染也越来越严重,大气环境治理已经成为当今世界的热点和难点,大气环境的治理离不开对大气边界层结构的研究。大气边界层与地面相互作用,且大气与地面之间发生能量与动量交换导致大气边界层高度的变化,边界层高度在几百米到1-2千米之间变化。大气边界层的高度决定了气溶胶或者是大气分子的扩散范围。因此,大气边界层高度不仅是大气边界层结构的一个重要特征,而且是气候模式和天气预报研究的一个很重要的参数。激光雷达探测手段的出现突破了传统探测手段在探测边界层结构技术上的难点,在大气边界层结构的探测中起到了重要的作用。本文首先分别介绍了气溶胶、大气边界层、大气边界层高度的概念以及激光雷达研究的背景和意义,接着介绍了国内外激光雷达反演大气边界层高度的现状,包括激光雷达不同种类的应用和大气边界层高度的计算方法。然后为了获得在大连地区的大气边界层高度的变化,利用SLidar技术的实验系统收集从气溶胶反射回来的激光雷达后向散射信号,介绍了大气边界层高度常用的几种反演算法包括梯度法、曲线拟合法、小波协方差法并分析了三种算法的反演性能。为了验证小波协方差法在SLidar系统上的可行性分别进行了两次实验测量,其中在2017年5月1日到5月2日的晴朗天气下采用了一套偏振激光雷达系统在大连理工大学进行实验探测,从探测的后向散射信号中利用小波协方差法获得了在测量期间的大气边界层高度值。为了进一步验证小波协方差法在SLidar系统上反演大气边界层高度的可行性,接着在2018年期间利用一套可携式低成本沙氏激光雷达系统开展了在2018年8月21日到8月28日近8天的连续测量实验。在此期间天气情况不再是单一的晴朗天气而是在大气中时而有云层出现,为了消除云层对反演边界层高度的影响,在对信号进行去云层处理的同时进行了基于小波协方差法的质量控制算法。通过云层处理和质量控制算法,成功的反演了大气边界层高度,并且得到的边层高度有很明显的日变化特征且与环境温度的日变化趋势一致。通过两次实验利用SLidar系统对大气边界层高度的成功反演表明了SLidar系统探测边界层气溶胶的有效性,体现了沙氏激光雷达系统在环境污染监测方面具有重要的意义。
孙国栋[10]（2019）在《有限距离的斜程大气透过率测量研究》文中进行了进一步梳理激光在浑浊大气中传输时,大气介质会与激光相互作用造成激光能量的衰减,而其衰减的程度一般使用大气透过率来进行评价。在目前的研究工作中对于整层大气透过率的研究已经较为成熟,主要的研究手段有太阳（恒星）辐射计、激光外差技术等,这些仪器为大气科学的发展起到了一定的推动作用。而对于有限距离的大气透过率测量来说,目前主要依靠后向散射激光雷达。准确测量有限距离的大气透过率对于各种激光设备的应用、激光通信以及航空观测具有重要的意义。然而,传统的后向散射激光雷达在近端会存在盲区和过渡区的影响,限制了其在有限距离大气透过率测量中的应用。本文主要研究的是利用新型的成像激光雷达系统获得近地面有限距离的大气透过率来弥补后向散射激光雷达盲区和过渡区的数据。本文主要完成了以下工作:1.完成了成像激光雷达系统的搭建。依据沙氏成像原理使像面、透镜的焦平面以及物面三者相交;依据定标公式获得了像素-距离之间的对应关系;通过理论计算,该新型成像激光雷达系统接收到的各个高度处的散射信号已经接近于后向散射;进行大气后向散射信号的距离分辨,实现了从近距离到远距离的大气后向散射信号的清晰成像和探测。2.对激光雷达探测得到的图像数据进行预处理。通过对获得的光柱图像进行平场处理减小了由于像素响应不均匀造成的误差;利用二维小波去噪等方法对图像进行去噪来提高图像的信噪比;利用高斯拟合等方法对光柱信号进行提取获得一维激光雷达信号。3.利用遗传算法（GA）和Broyden算法来估算水平方向上的消光系数边界值,并结合Klett算法反演水平消光系数廓线,进而得到水平大气能见度和大气透过率。本文中还提出了利用遗传算法优化的后向传播神经网络算法（GABP）通过激光雷达信号获取能见度也获得了较好的结果。4.提出了基于遗传算法、散射比法和Fernald算法相结合的组合算法（GA-IMBR-Fernald）反演垂直方向上的消光系数廓线。该算法的重点在于获得垂直探测范围内的消光系数边界值,并且通过仿真研究验证了该算法的可行性。该仿真研究通过输入一个模拟的消光系数廓线,进行一系列的正演、加噪、去噪、反演得到新的消光系数廓线,两者之间的均方根误差在0.02km-1以内。通过实验与传统的后向散射激光雷达对比了 600～1000m范围内的消光系数廓线,总体相对误差在可接受范围之内。最后获得了多天垂直方向上有限距离内的大气透过率。5.对有限距离内斜程方向上的大气消光系数廓线和大气透过率进行了测量。用单一角度的斜程探测与直接垂直探测进行了对比分析验证可行性;进行了多个角度的斜程探测,对比分析了各个斜程角度与垂直方向上探测结果的不同;长时间对某个角度的斜程大气进行探测,获得了随距离-时间的消光系数二维演变图,并且获得了斜程大气透过率。
二、基于小波变换的探地雷达目标成像廓线获取（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于小波变换的探地雷达目标成像廓线获取（论文提纲范文）
（1）星载气溶胶激光雷达的模拟仿真和反演算法应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 大气气溶胶的直接测量 |
| 1.2.2 基于地基遥感的大气气溶胶观测 |
| 1.2.3 基于星载遥感的大气气溶胶的观测 |
| 1.2.4 基于主动式星载激光雷达的大气气溶胶的观测 |
| 1.3 本文设计思路和主要工作 |
| 1.3.1 本文设计思路 |
| 1.3.2 本文主要工作 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 星载激光雷达缩比样机研制 |
| 2.1 大气探测激光雷达 |
| 2.1.1 激光与大气相互作用机制 |
| 2.1.2 大气探测激光雷达的作用机制 |
| 2.1.3 米散射激光雷达的组成和工作原理 |
| 2.2 星载激光雷达总体设计 |
| 2.3 缩比激光雷达样机模块设计 |
| 2.3.1 激光发射单元 |
| 2.3.2 光学接收单元 |
| 2.3.3 信号探测和采集单元 |
| 2.4 探测结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 星载激光雷达的信号模拟和噪声特性分析 |
| 3.1 基于实际消光系数的星载激光雷达回波信号模拟 |
| 3.1.1 大气消光模式 |
| 3.1.2 基于实际消光系数的信号模拟 |
| 3.1.3 星载激光雷达回波信号模拟 |
| 3.2 激光雷达的噪声特性分析 |
| 3.2.1 探测器噪声特性分析 |
| 3.2.2 激光雷达实际噪声特性分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 垂直消光廓线的精确反演和数据应用研究 |
| 4.1 米散射激光雷达经典反演算法 |
| 4.1.1 Collis斜率法 |
| 4.1.2 Klett方法 |
| 4.1.3 Femald方法 |
| 4.2 Fernald反演算法的不确定度分析 |
| 4.2.1 激光雷达比 |
| 4.2.2 后向散射比 |
| 4.2.3 信噪比 |
| 4.3 垂直消光廓线的精确反演 |
| 4.4 激光雷达信号的数据预处理 |
| 4.4.1 重叠因子几何校正 |
| 4.4.2 激光雷达信号的背景噪声 |
| 4.4.3 基于激光雷达信号特征的数据平滑 |
| 4.5 典型重污染过程的数据应用研究 |
| 4.5.1 站点与数据来源介绍 |
| 4.5.2 有云天气下的霾污染过程 |
| 4.5.3 有云天气下的沙尘污染过程 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于激光雷达数据的颗粒物浓度估算研究 |
| 5.1 特征数据描述与筛选 |
| 5.1.1 光学特征数据描述 |
| 5.1.2 其他特征数据 |
| 5.1.3 基于逐步判别法的特征筛选 |
| 5.2 神经网络介绍及优化参数设置 |
| 5.2.1 后向传播神经网络 |
| 5.2.2 基于遗传算法的后向传播神经网络 |
| 5.3 基于神经网络的颗粒物浓度辨识 |
| 5.3.1 基于线性回归的颗粒物浓度辨识 |
| 5.3.2 基于BP的颗粒物浓度辨识 |
| 5.3.3 基于GA-BP的颗粒物浓度辨识 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要工作内容 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（2）全极化探地雷达数据融合分析研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究目的与意义 |
| 1.2 全极化探地雷达的研究现状 |
| 1.2.1 探地雷达原理 |
| 1.2.2 探地雷达进展 |
| 1.2.3 全极化探地雷达原理 |
| 1.2.4 全极化探地雷达进展 |
| 1.3 数据融合的研究现状 |
| 1.3.1 数据融合的研究现状 |
| 1.3.2 主成分分析的研究现状 |
| 1.3.3 拉普拉斯金字塔的研究进展 |
| 1.3.4 小波变换的研究进展 |
| 1.4 研究内容和创新点 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 论文创新点 |
| 第2章 全极化探地雷达采集系统 |
| 2.1 实验室全极化探地雷达采集系统 |
| 2.2 户外全极化探地雷达采集系统 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3 章 全极化探地雷达数据融合理论 |
| 3.1 全极化探地雷达数据融合理论 |
| 3.2 主成分分析 |
| 3.2.1 主成分分析的几何意义 |
| 3.2.2 主成分分析的数学理论 |
| 3.2.3 全极化探地雷达主成分分析融合 |
| 3.3 拉普拉斯金字塔 |
| 3.4 多尺度小波变换 |
| 3.4.1 小波变换的理论 |
| 3.4.2 多分辨率分析 |
| 3.4.3 全极化探地雷达小波变换数据融合 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 实验与分析 |
| 4.1 室内实验与分析 |
| 4.1.1 数据采集 |
| 4.1.2 探地雷达数据处理 |
| 4.1.3 数据融合与判别标准 |
| 4.1.4 融合结果与分析 |
| 4.2 室外实验与分析 |
| 4.2.1 数据采集与处理 |
| 4.2.2 数据融合与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 主要工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（3）基于多种激光雷达探测边界层参数的技术与方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究的背景和意义 |
| 1.2 边界层的定义与垂直结构 |
| 1.2.1 平坦地形边界层 |
| 1.2.2 城市边界层 |
| 1.2.3 森林边界层 |
| 1.2.4 海岸边界层 |
| 1.2.5 高山边界层 |
| 1.3 常见的地基遥感方法 |
| 1.3.1 雷达 |
| 1.3.2 声雷达 |
| 1.3.3 无线电声探测系统 |
| 1.3.4 激光雷达 |
| 1.3.5 微波辐射计、FTIR与DOAS |
| 1.4 论文的研究内容和安排 |
| 第2章 激光雷达探测原理与SGP气象站点 |
| 2.1 拉曼激光雷达 |
| 2.1.1 典型的拉曼激光雷达 |
| 2.1.2 拉曼激光雷达的原理基础 |
| 2.1.3 拉曼激光雷达测量水汽的原理 |
| 2.1.4 自行研制的全固态拉曼激光雷达 |
| 2.2 多普勒激光雷达 |
| 2.2.1 多普勒激光雷达的国内外发展 |
| 2.2.2 测风激光雷达的基本原理 |
| 2.2.3 多普勒激光雷达的探测方式 |
| 2.2.4 多普勒激光雷达应用举例 |
| 2.3 SGP气象站点 |
| 2.4 小节 |
| 第3章 利用拉曼激光雷达水汽数据反演边界层高度 |
| 3.1 常见的反演算法 |
| 3.1.1 阈值法 |
| 3.1.2 斜率法 |
| 3.1.3 小波变换 |
| 3.1.4 方差法 |
| 3.1.5 Richardson(RI)number方法 |
| 3.2 基于DP算法的改进斜率法 |
| 3.3 改进斜率法反演边界层高度 |
| 3.4 与探空数据的统计对比 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 利用多普勒激光雷达垂直风场数据反演混合层高度和涡流的大小 |
| 4.1 混合层常见的反演算法 |
| 4.1.1 混合层探测的方法 |
| 4.1.2 方差法 |
| 4.1.3 方差法的结果及不足 |
| 4.2 改进的动态阈值方差法 |
| 4.3 基于小波算变换反演混合层高度 |
| 4.4 利用小波变换分析湍流的涡流能量分布 |
| 4.5 同时结合小波算法和改进的动态阈值方差法求混合层高度 |
| 4.6 利用FFT分析湍流的涡流尺寸 |
| 4.7 小节 |
| 第5章 混合层高度和边界层高度的日变化案例分析 |
| 5.1 不同天气下混合层高度和边界层高度的日变化 |
| 5.1.1 晴朗天气下混合层高度和边界层高度的日变化 |
| 5.1.2 有云天气下混合层高度和边界层高度的日变化 |
| 5.1.3 存在水平输运情况下混合层高度和边界层高度的日变化 |
| 5.1.4 温暖案例分析 |
| 5.1.5 不同天气情况下混合层和边界层日变化的对比 |
| 5.2 温暖大气的边界层高度周变换统计 |
| 5.2.1 温暖大气的边界层高度周变换统计 |
| 5.2.2 温暖大气的混合层高度周变化统计 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 激光雷达新技术研究 |
| 6.1 采用外差技术的拉曼激光雷达探测水汽的方法 |
| 6.2 采用频率梳光源的差分吸收激光雷达技术 |
| 6.2.1 系统结构 |
| 6.2.2 技术原理与反演算法 |
| 6.2.3 频率梳激光雷达测常见温室气体 |
| 6.3 采用频率梳光源测FP标准具透过率曲线的方法 |
| 6.4 采用回音壁光源测FP标准具参数的方法 |
| 6.4.1 微流控芯片中回音壁模式的激光光源 |
| 6.4.2 采用微流控芯片中回音壁模式的激光光源测量FP透过率曲线 |
| 6.4.3 采用微流控芯片中回音壁模式的激光光源测量FP偏振特性 |
| 6.5 小节 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（4）风廓线雷达探测大气边界层特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 论文研究工作介绍 |
| 第二章 风廓线雷达简介 |
| 2.1 风廓线雷达概述 |
| 2.1.1 风廓线雷达基本探测原理 |
| 2.1.2 风廓线雷达回波信号机制和特点 |
| 2.1.3 风廓线雷达工作方式 |
| 2.1.4 风廓线雷达分类 |
| 2.1.5 风廓线雷达资料特点 |
| 2.1.6 风廓线雷达应用需求 |
| 2.2 风廓线雷达信号与数据处理流程 |
| 2.2.1 信号处理 |
| 2.2.2 数据处理 |
| 2.2.3 质量控制 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 风廓线雷达反演大气边界层高度及对比分析 |
| 3.1 大气边界层高度简介及反演意义 |
| 3.2 反演方法与改进 |
| 3.2.1 风廓线雷达方法介绍 |
| 3.2.2 微波辐射计方法介绍 |
| 3.3 资料介绍与选取 |
| 3.4 结果分析与对比 |
| 3.4.1 基于风廓线雷达的边界层高度反演比较 |
| 3.4.2 基于微波辐射计的边界层高度反演比较 |
| 3.4.3 基于风廓线雷达和微波辐射计的结果比较 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 风廓线雷达对城郊边界层和风的探测及对比分析 |
| 4.1 城市边界层和风的探测及意义 |
| 4.2 资料来源 |
| 4.3 结果分析与对比 |
| 4.3.1 垂直速度 |
| 4.3.2 水平风 |
| 4.3.3 湍流 |
| 4.3.4 边界层高度 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 存在的问题和进一步研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）改进的小波提升算法及其在地质雷达信号精细化分析中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 国内外研究现状与进展 |
| 1.2.1 隧道衬砌结构隐伏质量缺陷检测方法研究 |
| 1.2.2 地质雷达图像强干扰信号去除方法研究 |
| 1.2.3 地质雷达隐伏质量缺陷偏移处理研究 |
| 1.2.4 小波基函数构造研究 |
| 1.2.5 地质雷达信号定量分析研究 |
| 1.3 本研究课题的来源及主要研究内容 |
| 1.4 本文研究采取的技术路线 |
| 第二章 提升格式小波构造理论 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 双正交小波分析基本原理与算法 |
| 2.2.1 小波分析原理 |
| 2.2.2 多分辨率分析 |
| 2.2.3 双正交小波性质及其传统构造方法 |
| 2.3 提升格式小波变换 |
| 2.3.1 小波提升方案基本概念 |
| 2.3.2 完全重构滤波器原理 |
| 2.3.3 小波提升分解方法 |
| 2.4 提升格式小波构造一般算法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 改进的提升格式小波构造理论及其算法实现 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 改进的提升格式小波构造算法 |
| 3.3 改进的提升格式小波构造流程及其构造举例 |
| 3.3.1 提升格式小波构造流程 |
| 3.3.2 小波基构造举例 |
| 3.4 改进提升格式的GPR信号分析用小波基构造及其优势验证 |
| 3.4.1 GPR信号分析用双正交小波滤波器组构造 |
| 3.4.2 基于粒子群算法的滤波器组自由参数优化 |
| 3.4.3 小波正则性验算 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于二维小波变换和小波熵的地质雷达强干扰信号处理 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 图像二维小波变换及其mallat算法 |
| 4.2.1 图像二维小波变换理论 |
| 4.2.2 二维双正交小波变换mallat算法 |
| 4.3 小波熵理论 |
| 4.4 小波基的选取 |
| 4.4.1 小波基基本性质比较 |
| 4.4.2 小波能量熵的计算 |
| 4.5 正演信号分析 |
| 4.5.1 FDTD正演原理 |
| 4.5.2 钢筋-空洞模型与正演试验 |
| 4.5.3 基于二维小波变换与小波熵的强反射干扰去除 |
| 4.6 实测地质雷达信号强干扰去除分析 |
| 4.6.1 钢筋-空洞检测试验 |
| 4.6.2 基于二维小波变换与小波熵的强反射干扰去除 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 基于UWFK法的地质雷达目标信号偏移处理 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 F-K域偏移方法 |
| 5.3 非抽样小波变换原理 |
| 5.3.1 一维非抽样小波变换 |
| 5.3.2 二维非抽样小波变换 |
| 5.4 图像信息熵估计 |
| 5.5 二维非抽样小波F-K偏移法基本流程 |
| 5.6 正演模拟信号偏移处理 |
| 5.7 实测信号偏移处理 |
| 5.7.1 方形空洞偏移处理 |
| 5.7.2 角形空洞偏移处理 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 提升格式小波在地质雷达信号定量分析中的应用 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 基于小波分析的信号奇异点识别方法 |
| 6.2.1 小波变换模极大值法 |
| 6.2.2 小波变换时-能密度法 |
| 6.3 模拟信号定量分析 |
| 6.3.1 地质雷达多频率脉冲信号间隔时间识别分析 |
| 6.3.2 正演模拟试验及其信号分析 |
| 6.4 空洞探测试验及其信号分析 |
| 6.4.1 沙箱纵向测线定量分析结果 |
| 6.4.2 沙箱横向测线定量分析结果 |
| 6.5 空洞三维可视化分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 |
（6）基于地基激光雷达资料的边界层高度反演与同化研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 大气边界层及边界层高度 |
| 1.1.2 边界层厚度的观测研究 |
| 1.1.3 研究背景与意义 |
| 1.2 激光雷达资料反演边界层高度研究现状 |
| 1.3 气溶胶激光雷达资料同化研究现状 |
| 1.4 有待解决的科学问题 |
| 1.5 本文主要内容简介 |
| 第二章 基于激光雷达反演边界层高度的方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 观测资料 |
| 2.3 传统激光雷达反演边界层高度方法 |
| 2.3.1 目测法 |
| 2.3.2 阈值法 |
| 2.3.3 梯度法 |
| 2.3.4 理想廓线法 |
| 2.3.5 小波协方差变换法 |
| 2.3.6 方差分析法 |
| 2.4 基于传统方法改进或衍生的反演边界层高度方法 |
| 2.4.1 梯度方法和方差分析方法的结合 |
| 2.4.2 阈值法和小波变换法的结合 |
| 2.4.3 理想廓线方法和小波变换法的结合 |
| 2.4.4 STRAT-2D方法 |
| 2.5 近年来新发展的激光雷达反演边界层高度方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于激光雷达资料的边界层高度反演及改进 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 资料与方法 |
| 3.3 晴空边界层高度反演 |
| 3.3.1 反演结果评估 |
| 3.3.2 边界层高度日变化 |
| 3.4 复杂层结下边界层高度反演 |
| 3.4.1 上限高度方法 |
| 3.4.2 反演结果评估 |
| 3.4.3 边界层高度日变化分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 边界层高度与大气变量相关性分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实际观测相关性统计 |
| 4.2.1 观测资料 |
| 4.2.2 相关性统计结果分析 |
| 4.3 数值模拟相关性统计 |
| 4.3.1 模式配置 |
| 4.3.2 边界层高度和大气变量相关性统计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 边界层高度同化理想试验研究:(I)垂直局地化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 EnSRF同化方法 |
| 5.3 局地化方法 |
| 5.4 试验设计 |
| 5.4.1 模式设置、“真实场”和边界层高度观测的产生 |
| 5.4.2 集合预报及同化试验设置 |
| 5.5 同化试验结果分析 |
| 5.5.1 准确性评估方法 |
| 5.5.2 同化前集合样本分析 |
| 5.5.3 白天同化试验结果分析 |
| 5.5.4 一种垂直局地化方法探讨 |
| 5.5.5 夜晚同化试验结果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 边界层高度同化理想试验研究:(II)水平局地化 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 局地化方法 |
| 6.3 试验设计 |
| 6.3.1 下垫面类型影响研究 |
| 6.3.2 水平影响半径研究 |
| 6.4 结果分析 |
| 6.4.1 单点试验结果分析 |
| 6.4.2 多观测点循环同化试验结果分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与讨论 |
| 7.1 本文主要结论 |
| 7.2 存在的问题及未来展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间研究成果 |
| 致谢 |
（7）探地雷达信号处理算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究状态 |
| 1.2.1 探地雷达国内外研究状态 |
| 1.2.2 探地雷达信号处理国内外研究状态 |
| 1.3 论文的工作及内容安排 |
| 第二章 探地雷达的基本原理 |
| 2.1 探地雷达的工作原理 |
| 2.2 探地雷达电磁波的传播 |
| 2.2.1 土壤中电磁波的传播特性 |
| 2.2.2 探地雷达方程 |
| 2.3 脉冲探地雷达及回波数据形式 |
| 2.3.1 脉冲探地雷达 |
| 2.3.2 雷达回波数据形式 |
| 2.4 点目标回波双曲线模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 探地雷达数据预处理算法 |
| 3.1 探地雷达回波信号模型 |
| 3.2 时频分析的基本方法 |
| 3.2.1 傅里叶分析 |
| 3.2.2 短时傅里叶分析 |
| 3.2.3 小波变换分析 |
| 3.3 探地雷达回波信号预处理算法 |
| 3.3.1 简单噪声抑制 |
| 3.3.2 去除直达波 |
| 3.3.3 均值法去除零偏 |
| 3.3.4 小波变换域去噪算法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 杂波抑制算法的研究 |
| 4.1 小波阈值滤波算法 |
| 4.2 小波软阈值-LMS自适应滤波联合去噪处理 |
| 4.3 仿真模型数据预处理 |
| 4.3.1 仿真数据直达波去除 |
| 4.3.2 仿真数据联合去噪处理 |
| 4.4 实测数据处理 |
| 4.4.1 实际测试场景 |
| 4.4.2 简单的噪声抑制 |
| 4.4.3 直达波去除 |
| 4.4.4 均值法去除零偏 |
| 4.4.5 联合去噪处理 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 后向投影成像算法 |
| 5.1 后向投影成像算法 |
| 5.2 基于窗函数的后向投影成像算法 |
| 5.3 快速BP算法 |
| 5.4 基于窗函数的快速BP算法 |
| 5.5 本章小结 |
| 结束语 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）沙氏激光雷达信号降噪及反演方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 课题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 大气激光雷达技术研究进展 |
| 1.2.2 大气激光雷达降噪技术研究进展 |
| 1.2.3 大气激光雷达反演算法研究进展 |
| 1.3 论文各部分主要内容 |
| 1.4 本文创新点 |
| 2 沙氏大气激光雷达技术 |
| 2.1 常见大气激光雷达 |
| 2.1.1 米散射激光雷达 |
| 2.1.2 瑞利散射激光雷达 |
| 2.1.3 偏振激光雷达 |
| 2.1.4 拉曼激光雷达 |
| 2.2 沙氏大气激光雷达技术 |
| 2.2.1 基本原理 |
| 2.2.2 SLidar技术特点 |
| 2.3 米散射SLidar系统 |
| 2.3.1 发射单元 |
| 2.3.2 接收单元 |
| 2.3.3 信号处理单元 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 大气回波信号降噪技术 |
| 3.1 噪声来源 |
| 3.1.1 背景光噪声 |
| 3.1.2 图像传感器噪声 |
| 3.2 常见降噪方法 |
| 3.2.1 滑动平均降噪 |
| 3.2.2 Savitzky-Golay滤波降噪 |
| 3.2.3 经验模式分解降噪 |
| 3.3 小波分析降噪 |
| 3.3.1 傅里叶变换 |
| 3.3.2 短时傅里叶变换 |
| 3.3.3 小波变换原理 |
| 3.3.4 小波分析特点 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 小波阈值降噪实现方法研究 |
| 4.1 小波阈值降噪基本过程 |
| 4.2 降噪效果评价体系 |
| 4.2.1 统计分析 |
| 4.2.2 图形分析 |
| 4.2.3 能量分析 |
| 4.3 小波阈值降噪关键步骤 |
| 4.3.1 分解层数以及小波基的选取 |
| 4.3.2 小波规则阈值的选取 |
| 4.3.3 小波阈值函数的选取 |
| 4.4 信噪比改善效果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 大气回波信号处理与反演分析研究 |
| 5.1 信号处理步骤 |
| 5.1.1 纵向累加 |
| 5.1.2 中值平均 |
| 5.1.3 降噪预处理 |
| 5.1.4 重采样 |
| 5.2 大气消光系数反演算法 |
| 5.2.1 Collis算法 |
| 5.2.2 Klett算法 |
| 5.2.3 Fernald算法 |
| 5.2.4 边界值求解 |
| 5.3 反演结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（9）基于Scheimpflug激光雷达技术的大气边界层高度探测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究意义 |
| 1.1.1 气溶胶和大气边界层及大气边界层高度概念 |
| 1.1.2 研究意义及背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 国内研究现状 |
| 1.2.2 国外研究现状 |
| 1.3 本论文内容安排 |
| 1.3.1 论文研究内容 |
| 1.3.2 论文结构安排 |
| 1.4 本章小结 |
| 2 实验原理及研究方法 |
| 2.1 激光与大气物质作用 |
| 2.2 SLidar技术 |
| 2.3 大气边界层高度计算方法 |
| 2.3.1 梯度法 |
| 2.3.2 曲线拟合法 |
| 2.3.3 小波协方差法 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 SLidar实验系统及信号处理 |
| 3.1 SLidar实验系统 |
| 3.2 实验测量 |
| 3.3 信号处理与分析 |
| 3.4 实验测量结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 大气边界层高度的探测 |
| 4.1 小波协方差法的应用 |
| 4.2 基于小波协方差法的质量控制算法 |
| 4.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（10）有限距离的斜程大气透过率测量研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 大气透过率测量国内外研究现状 |
| 1.3.1 太阳辐射计与恒星辐射计 |
| 1.3.2 激光外差技术 |
| 1.3.3 激光雷达 |
| 1.4 研究内容及结构 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 论文框架 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 相关理论基础 |
| 2.1 大气成分与结构 |
| 2.2 典型的气溶胶粒子谱分布 |
| 2.2.1 幂指数定律 |
| 2.2.2 修正的r谱分布 |
| 2.2.3 对数正态分布 |
| 2.3 大气中的光散射理论 |
| 2.3.1 Rayleigh散射 |
| 2.3.2 Mie散射 |
| 2.4 米散射激光雷达测量消光系数廓线原理 |
| 2.4.1 传统米散射激光雷达工作原理 |
| 2.4.2 消光系数反演方法 |
| 2.5 能见度理论 |
| 2.5.1 能见度基本方程 |
| 2.5.2 水平能见度方程 |
| 2.6 大气透过率 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 成像激光雷达系统研制及数据预处理 |
| 3.1 成像激光雷达测量原理及结构设计 |
| 3.1.1 成像原理 |
| 3.1.2 系统结构 |
| 3.1.3 成像激光雷达方程 |
| 3.1.4 像素与距离定标关系 |
| 3.1.5 最小散射角及散射相函数 |
| 3.1.6 系统优势 |
| 3.2 数据预处理 |
| 3.2.1 图像平场处理 |
| 3.2.2 图像去噪方法 |
| 3.2.3 光柱信号提取 |
| 3.2.4 数据预处理流程 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 水平大气能见度和大气透过率测量 |
| 4.1 水平大气能见度测量 |
| 4.1.1 Belfort能见度仪简介 |
| 4.1.2 基于Broyden-Klett算法测量水平能见度 |
| 4.1.3 基于GA-Klett算法测量水平能见度 |
| 4.1.4 基于GABP算法获取水平能见度 |
| 4.1.5 几种获取能见度方法的讨论 |
| 4.2 水平大气透过率测量 |
| 4.2.1 水平大气透过率对比实验装置介绍 |
| 4.2.2 最小二乘法和直接测量方法的比较 |
| 4.2.3 Broyden算法、最小二乘法和直接测量方法的比较 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 垂直消光系数廓线和大气透过率测量 |
| 5.1 垂直消光系数廓线反演方法 |
| 5.2 垂直反演算法可行性验证 |
| 5.3 垂直消光系数和大气透过率测量结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 斜程消光系数廓线和大气透过率测量 |
| 6.1 斜程测量方法介绍 |
| 6.2 单角度斜程探测个例 |
| 6.3 多角度斜程探测数据分析 |
| 6.4 斜程测量气溶胶随时间的演化图 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本文的主要贡献以及创新点 |
| 7.2 进一步的研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
四、基于小波变换的探地雷达目标成像廓线获取（论文参考文献）
- [1]星载气溶胶激光雷达的模拟仿真和反演算法应用研究[D]. 付松琳. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]全极化探地雷达数据融合分析研究[D]. 薛策文. 吉林大学, 2021(01)
- [3]基于多种激光雷达探测边界层参数的技术与方法研究[D]. 储玉飞. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [4]风廓线雷达探测大气边界层特性研究[D]. 郭宇. 南京信息工程大学, 2020(02)
- [5]改进的小波提升算法及其在地质雷达信号精细化分析中的应用[D]. 张亮. 长沙理工大学, 2020
- [6]基于地基激光雷达资料的边界层高度反演与同化研究[D]. 党蕊君. 兰州大学, 2020(12)
- [7]探地雷达信号处理算法研究[D]. 杨琳娜. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [8]沙氏激光雷达信号降噪及反演方法研究[D]. 徐奕冉. 大连理工大学, 2019(02)
- [9]基于Scheimpflug激光雷达技术的大气边界层高度探测[D]. 李丽美. 大连理工大学, 2019(03)
- [10]有限距离的斜程大气透过率测量研究[D]. 孙国栋. 中国科学技术大学, 2019(08)