【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光雷达，具体涉及一种提高相干测风激光雷达载噪比估计精度的功率谱处理方法。
技术介绍
1、大气风场在空气污染监测预报、风力发电优化、航空安全保障和短临天气预报等方面具有重要意义。多普勒激光雷达技术是一种基于光学方法的非接触式实时测量的技术，通过分析大气气溶胶粒子散射光的多普勒频移，实现大气运动速度的探测。基于探测原理，多普勒测风激光雷达又可以分为相干多普勒激光雷达和直接多普勒测风激光雷达。得益于采用人眼安全波长、紧凑稳定的系统结构、低太阳背景辐射等优势，目前基于气溶胶米散射原理的相干多普勒测风激光雷达已经实现商业化应用。
2、相干测风激光雷达利用本振光与大气回波信号光进行拍频探测，得到拍频电流信号后，进一步通过快速傅立叶变换（fft）等频谱估计方法计算功率谱，然后通过多脉冲累积提高信噪比。最后分析脉冲累积后的功率谱，提取回波信号强度、风速、谱宽等参数。因此功率谱信号是相干测风激光雷达最重要的基础数据，它保存了完整的大气多普勒回波信息，雷达数据的在线处理和后处理也是基于功率谱数据。
3、准确的载噪比估计对于确定可信风速阈值、反演气溶胶光学参数等具有重要意义。对功率谱信号进行精细的预处理是确保载噪比、风速等参数反演精确的前提条件。相干多普勒测风激光雷达的原始功率谱是信号频谱和噪声频谱的叠加，并受到探测器响应曲线的调制。其中信号频谱取决于发射脉冲波形和探测目标的速度展宽特性，一般接近高斯型。理论上，噪声频谱由本振光的散粒噪声主导，是与频率无关的高斯白噪声。然而实际噪声频谱也包含了探测器、采集卡、电
技术实现思路
1、为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种能提高利用相干多普勒测风激光雷达的功率谱信号反演载噪比的精度的提高相干测风激光雷达载噪比估算精度的功率谱处理方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，包括以下步骤：
4、步骤s1、获取单个原始功率谱，其中分别表示频率和距离门；
5、步骤s2、通过自适应迭代和多项式拟合确定距离门处的背景噪声频谱；
6、步骤s3，原始功率谱减去背景噪声频谱，得到去噪后的信号功率谱；
7、步骤s4，确定系统频率响应曲线，将对归一化后，得到归一化后的信号功率谱；
8、步骤s5，确定归一化信号频谱模型，并与回波信号功率谱做相关运算，得到平滑处理后的功率谱；
9、步骤s6、从功率谱提取峰值对应的频率，在给定带宽范围内，计算宽带载噪比和径向速度；
10、步骤s7、重复步骤s2~s6，直到最后一个距离门。
11、作为本专利技术的一种优选实施方式：步骤s2中，每一个距离门处，背景噪声频谱的确定方法为：
12、首先计算原始功率谱的差分谱
13、= ；
14、接着通过以下关系式确定纯噪声占据的频率范围，
15、；
16、其中为给定的噪声频谱标准差，取决于噪声强度和脉冲累积数。
17、作为本专利技术的一种优选实施方式：将符合条件的频率点集合记为，对符合条件的原始功率谱进行多项式鲁棒拟合，拟合结果作为该距离门的背景噪声频谱。
18、作为本专利技术的一种优选实施方式：步骤s4中，以背景噪声功率最小时所对应距离门的噪声曲线作为系统频率响应曲线，具体方法如下：
19、首先计算给定带宽范围内，不同距离门的背景噪声功率：
20、；
21、然后确定取得最小值所对应的，记作，则系统频率响应曲线为：
22、；
23、最后得到归一化后的信号功率谱：
24、。
25、作为本专利技术的一种优选实施方式：当背景噪声随距离门增加时，以第一距离门的背景噪声频谱曲线作为系统频率响应曲线。
26、作为本专利技术的一种优选实施方式：所述步骤s5中，归一化信号频谱模型是发射脉冲频谱和时域窗函数频谱的卷积：
27、；
28、其中发射脉冲频谱通过时域脉冲波形得到，时域窗函数频谱通过窗函数得到。
29、作为本专利技术的一种优选实施方式：步骤s6中，宽带载噪比的计算公式为：
30、；
31、其中为预设信号积分范围，其设定依据典型信号谱宽，为数学积分公式中的符号，为得到平滑处理后的功率谱提取峰值的频率；径向速度计算公式为：
32、；
33、其中为出射激光波长。
34、本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：
35、1、对原始功率谱的每一个距离门独立确定背景噪声频谱，有效消除随距离门变化的激光放大器ase噪声、电路噪声等对提取信号频谱的干扰。
36、2、以背景噪声频谱曲线确定系统频率响应曲线，通过对系统频率响应曲线进行归一化，修正系统频率响应不均匀对信号功率估计的影响。
37、3、利用信号频谱模型与回波信号功率谱做相关运算，有效提高弱信号区间的信噪比和信号峰值检索能力。
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1.一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，步骤S2中，每一个距离门处，背景噪声频谱的确定方法为：
3.根据权利要求2所述的一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，将符合条件的频率点集合记为，对符合条件的原始功率谱进行多项式鲁棒拟合，拟合结果作为该距离门的背景噪声频谱。
4.根据权利要求1所述的一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，步骤S4中，以背景噪声功率最小时所对应距离门的噪声曲线作为系统频率响应曲线，具体方法如下：
5.根据权利要求4所述的一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，当背景噪声随距离门增加时，以第一距离门的背景噪声频谱曲线作为系统频率响应曲线。
6.根据权利要求1所述的一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，所述步骤S5中，归一化信号频谱模型是发射脉冲频谱和时域窗函数频谱的卷积：
7.根据权利
...【技术特征摘要】
1.一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，步骤s2中，每一个距离门处，背景噪声频谱的确定方法为：
3.根据权利要求2所述的一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，将符合条件的频率点集合记为，对符合条件的原始功率谱进行多项式鲁棒拟合，拟合结果作为该距离门的背景噪声频谱。
4.根据权利要求1所述的一种提高相干测风激光雷达载噪比的功率谱处理方法，其特征在于，步骤s4中，以背景噪...
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