拉曼散射激光雷达反演平流层气溶胶消光系数廓线

介绍了位于南京北郊的拉曼散射激光雷达的基本结构,描述了使用拉曼散射激光雷达反演平流层大气气溶胶消光系数廓线的数据处理方法。重点研究了南京北郊2011-12-08与2011-12-09晚间平流层气溶胶观测数据,对拉曼散射激光雷达距离矫正信号进行4种不同阈值的小波去噪,选择出合适的阈值,然后利用反演原理公式,得到平流层大气气溶胶消光系数廓线,分析了平流层大气气溶胶消光系数的变化特征。     

基于拉曼激光雷达的南京上空大气温度廓线观测

介绍了综合使用瑞利、拉曼、米散射三种技术的激光雷达的基本结构与拉曼散射温度反演原理。对其中的拉曼回波信号进行了背景噪声扣除、滑动平均和小波变换降噪,在此基础上分析了气溶胶对拉曼激光雷达温度廓线反演的影响。利用上述激光雷达信号处理方法对南京上空的温度廓线进行观测,反演了2010年11月19日18时53分至19时35分连续观测的数据。反演的温度廓线表明,观测开始至观测结束,5.5 km处的温度变化为2 K的波动变化;对2010年11月整月的观测数据进行分析处理,得到11月份上中下三旬的平均温度廓线。在10 km高度处,下旬温度比上旬温度低4 K,随着入冬的进程,低空段的大气温度递减率有明显增大的趋势;11月的月平均温度在5~10 km处低于模式值4 K左右,并且两者几乎平行,说明11月份5~10 km各高度温度比模式均低4 K左右。     

米-拉曼散射激光雷达反演对流层气溶胶消光系数廓线

介绍了基于米-拉曼散射激光雷达的南京北郊大气气溶胶观测实验,采用小波分析中的软硬阈值方式处理拉曼散射激光雷达回波信号,选取不同的阈值和不同的小波函数处理拉曼散射激光雷达回波信号,得到了平滑的拉曼散射激光雷达信号。根据拉曼散射激光雷达原理反演对流层高空大气气溶胶消光系数廓线,借助弗纳尔德方法并利用米散射激光雷达气溶胶观测数据,反演得到对流层低空大气气溶胶消光系数廓线。实验观测系统中有瑞利、米散射和拉曼散射3个接收通道,重点研究了米散射和拉曼散射通道接收到的观测数据,对南京北郊2011-12-08晚间拉曼散射激光雷达的气溶胶观测数据进行4种不同阈值处理。选择合适的阈值对实验观测数据进行去噪,然后利用反演原理公式并结合距离矫正信号对观测数据进行反演,得到对流层高空大气气溶胶消光系数廓线;利用其中一处的气溶胶消光系数可以反演得到对流层低空大气气溶胶消光系数廓线。利用米-拉曼散射激光雷达联合反演对流层气溶胶消光系数廓线,可以清晰看出气溶胶的分布特征,对流层低空自由大气的气溶胶消光系数最大值一般为0.1km~(-1)左右,表明对流层低空自由大气比较干净;对流层高空大气气溶胶消光系数在云影响下可达到6km~(-1),无云时气溶胶消光系数最大值一般为0.1km~(-1)左右,表明高空大气比较干净。     

合肥上空中层大气密度和温度的激光雷达探测

为研究中层大气分布情况,采用自行研制的532 nm瑞利（Rayleigh）散射激光雷达,对合肥地区（31.90 N,117.170 E）25~40 km高度范围内的大气密度和温度廓线分布进行观测。将瑞利散射激光雷达所测结果与NRLMSISE-00大气模型数据进行对比,以验证瑞利散射激光雷达性能及数据处理方法的可靠性。通过数据对比得出,在25~40 km高度范围内,瑞利散射激光雷达获得的大气密度值与NRLMSISE-00大气模型密度值的比值为0.99~1.03;瑞利散射激光雷达所测温度值与NRLMSISE-00大气模型数据的温度偏差均值约为2.8 K,其中38 km以下两者温度偏差约为1.6 K。数据对比说明,瑞利散射激光雷达观测值与NRLMSISE-00大气模型数据具有较一致的密度分布特征和温度分布特征,瑞利散射激光雷达的观测结果能够较真实地反映合肥上空25~40 km高度范围内的大气密度和温度分布。     

米散射激光雷达降噪反演算法研究和应用

针对激光雷达信号中含有的噪声，提出一种将数据分区使用小波包变换分解和重构算法的信号降噪方法，该方法能为下一级消光系数反演提供高质量数据。为了验证该方法的有效性，比较雷达原始数据、小波包处理后反演的消光系数、分区小波包处理后反演的消光系数的差异，并进一步使用Bump、Block测试信号进行数值模拟，定量分析了分区小波包算法的去噪效果。分区小波包算法处理的Bump、Block测试信号评价函数的均方误差（MSE）和R值均优于一般小波包结果。结果表明，分区小波包降噪方法能通过降噪改善下一级反演消光系数结果，有效保护低空的激光雷达消光廓线的细节结构并抑制高空的信号噪声。空气气溶胶消光系数随时间和空间变化的伪彩图表明了所提方法的可行性和实用性。     

瑞利-拉曼散射激光雷达探测大气温度分布

介绍一台用于夜晚探测大气温度分布的L625瑞利-拉曼(Rayleigh-Raman)散射激光雷达。采用Nd：YAG激光器三倍频输出355nm作为发射激光，利用弱光子计数技术检测大气中分子的瑞利散射和N2分子振动拉曼散射回波，分析得到了平流层和对流层中上部大气温度的垂直分布廓线。其观测结果分别与HALOE／UARS卫星和无线电气象探空仪结果进行了对比分析。其中，激光雷达观测的平流层温度与HALOE卫星的结果对比表明，它们在高度25～65km内显示出较好的一致性，20个夜晚的平均温度差别基本上小于2K。激光雷达与无线电气象探空仪探测的对流层温度在高度为5～18km内反映了较为一致的分布趋势，15个夜晚的平均温度差别在6～16．5km高度内小于3K。这些结果表明，L625瑞利-拉曼散射激光雷达观测数据可靠，可用于大气温度分布的常规观测和分析研究。     

MPL反演南京北郊气溶胶光学厚度准确度的研究

微脉冲激光雷达是探测气溶胶的有效工具。为了验证探测的准确度,对一台微脉冲激光雷达观测数据采用Fernald算法进行反演,得到了南京北郊上空的气溶胶光学厚度,并将反演结果同太阳光度计观测数据、喇曼-瑞利-米雷达观测数据和中分辨率成像光谱仪的标准气溶胶产品进行了比较。结果表明,它们之间具有一定相关性。微脉冲激光雷达是反演气溶胶光学厚度的有效手段,可以用于其它观测手段的地面验证。     

瑞利激光雷达探测大气温度算法分析

介绍了瑞利激光雷达的基本结构,描述了使用瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低部大气温度的数据处理方法,构建同时包含标准大气模式温度信息和实际探测背景噪声的模拟数据,对此模拟数据进行背景扣除、平滑去噪、参考点选取等计算分析,探讨提高温度反演精度的实用算法。并应用此数据处理方法对瑞利激光雷达的实际测量数据进行了计算处理,将计算结果与模式CIRA86、HALOE卫星数据进行对比分析,反演高度30～45km时误差1～3K,45～65km误差大约在2～5K,65～70km误差＜10K。     

瑞利激光雷达探测大气温度算法分析

介绍了瑞利激光雷达的基本结构,描述了使用瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低部大气温度的数据处理方法,构建同时包含标准大气模式温度信息和实际探测背景噪声的模拟数据,对此模拟数据进行背景扣除、平滑去噪、参考点选取等计算分析,探讨提高温度反演精度的实用算法。并应用此数据处理方法对瑞利激光雷达的实际测量数据进行了计算处理,将计算结果与模式CIRJA86、HALOE卫星数据进行对比分析,反演高度30～45km时误差1—3K,45～65km误差大约在2—5K,65—70km误差〈10K。     

小波阈值降噪法在Φ-OTDR扰动传感系统中的应用

针对目前基于相位敏感光时域反射计（Φ-OTDR）的分布式光纤扰动传感系统信噪比较差的问题,提出采用小波阈值降噪法对系统采样信号进行信号处理的前期降噪。分析系统有效信号特征,采用小波阈值降噪法中强制阈值降噪法、软阈值降噪法以及硬阈值降噪法分别对采样信号进行降噪处理,经过比较选择了阈值降噪法作为降噪算法。定量对比降噪前后扰动信号的信噪比,证明采用小波阈值降噪法中硬阈值法处理后的数据在进行后期定位算法时,信噪比提高近一倍。     

瑞利BOTDA系统的2维提升小波降噪方法

为了解决基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统（BOTDA）中传感信号受噪声干扰严重的问题,采用2维提升小波变换算法,将测量信号从1维空间转换到2维空间,进行阈值降噪处理。通过理论分析和实验验证,取得了传统小波与2维提升小波降噪数据。结果表明,2维提升小波变换比传统小波变换信噪比提高约10dB,运算量减少了1/3;2维提升小波充分利用测量信号时间上的相关性,变换结构简单、运算速度快、降噪效果优于传统小波,适用于瑞利BOTDA系统降噪。该结果对光纤传感系统中信号降噪的研究有一定参考价值。     

基于小波变换的GPS微弱信号捕获组合算法

针对战场环境下GPS信号易受到敌方压制式干扰而产生严重衰减,提出了一种相干积分、非相干积分和小波降噪相结合的组合算法。该算法先通过相干积分和非相干积分结合的方法提高整体信号强度,避免导航数据位可能发生跳变的特性,然后采用小波降噪技术,克服信号与噪声的频带相互重叠时,滤波效果变差的问题,实现对弱信号的捕获。仿真结果表明,采用20 ms的相干积分时间、5次非相干积分和小波降噪,可以接收比传统方法低5 dB信噪比的微弱GPS信号。这种方法容易实现,预测可靠,具有实际应用价值。     

小波边界处理及实时去噪

基于小波阀值去噪良好的去噪能力和简单的操作方法，提出了一种基于小波阀值去噪的实时去噪方法。首先针对实际应用中数据有限对小波变换边界的影响，推导出了左右边界延拓数目，通过边界延拓，减小边界效应的影响，使去噪能力得到进一步的提高。接着推导出受边界效应影响的数目，给出了实时去噪流程图，通过相应的数据滞后输出，去除边界效应对数据区间的影响，使得实时小波去噪能够取得与离线去噪一样的效果。最后对算法进行仿真，给出了仿真结果。     

遗传算法优化小波阈值对水质光谱数据的去噪研究

针对紫外-可见光谱法水质检测系统易受到仪器本身和外界环境的噪声干扰, 所测得的光谱数据存在大量系 统和杂散光噪声的问题, 在对紫外-可见光谱法水质检测系统的噪声源分析的基础上提出将遗传算法应用于小波阈值 优化的去噪方法, 并与小波软阈值、 SG 平滑和中值滤波方法进行了对比。为评价去噪效果, 对同一浓度的邻苯二甲 酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪实验。在采用遗传算法选取小波最优阈值对标液进行去噪处理的同时, 还 采用传统小波软阈值去噪、 SG 平滑和中值滤波去噪作为对比。为验证该算法的实际可行性, 进一步用这四种方法对 某地排水沟和某污水处理厂排水口的实际水样光谱进行去噪处理。实验结果表明: 基于遗传算法的小波阈值去噪效 果良好, 相较于传统的小波软阈值去噪、 SG 平滑和中值滤波的方法, 信噪比分别提高了 2.2994、 5.7066、 2.6155 dB, 均方根误差分别减小了 0.0028、 0.0087、 0.0033, 峰值信噪比分别提高了 2.0837、 5.2569、 2.7375 dB。基于遗传算法 的小波阈值去噪算法不仅抑制了光谱数据中的噪声, 同时也提高了系统精度, 为紫外-可见光谱法水质光谱去噪处理提 供了一种新的解决办法。     

瑞利BOTDA系统小波降噪新方法

基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统(BOTDA)因为单端入射的特性而有广泛的应用前景.研究了应用提升小波变换对传感信号进行降噪,与传统小波变换相比,提升小波变换结构简单,运算速度快,易于硬件实现.分别利用累加平均法、传统小波变换和提升小波变换对瑞利BOTDA系统传感信号进行降噪,通过信噪比、均方误差和计算时间对三种方法的降噪效果进行比较.结果表明,累加平均法将信噪比提高了约14 dB,传统小波变换将信噪比提高了约18 dB,计算速度是累加平均法的3.26倍.提升小波变换将信噪比提高了约19 dB,计算时间仅为传统小波变换的约60％.结果表明,提升小波变换适用于瑞利BOTDA系统实时降噪处理.     

MIMO—OFDM信道估计新方法

利用小波变换思想,提出一种基于小波去噪的多输入多输出正交频分复用（MIMO—OFDM）系统信道估计方法,以提高信道估计性能。该方法首先利用最小二乘（LS）方法进行信道估计,然后对估计后的结果进行小波去噪处理。该方法不需要预先知道信道的统计特性,与传统最小二乘信道估计方法相比,性能有明显提高。     

一种布里渊频移提取算法的最佳小波阈值去噪方案

利用传统的洛伦兹线型拟合来进行布里渊散射谱特征提取是一种普遍使用的方法,其测量结果的准确度容易受噪声含量、扫频谱型和拟合算法的影响.不仅如此,这种方法需要反复迭代求出参数向量的最小二乘解,实时性较差.针对该情况提出的互相关卷积与高阶质心结合算法能有效提取布里渊频移,具有极短的测量时间,但扫频数据服从洛伦兹分布的程度直接影响了计算结果的准确度,因此提出了二维小波阈值去噪方案,并运用综合评价指标计算与拐点定位进行最优参量选取,得到了一组最佳的降噪参量,如此能有效提高测量结果的精准性.     

小波阈值去噪的改进方法

利用小波方法去噪,是小波应用于工程实践一个重要的方面;本文指出了采用常见的阈值确定方法对含有较强高频分量的信号进行小波阈值去噪时,去噪效果与实时性存在着矛盾,不利于信号特征的提取。提出了一种新型的阈值确定方法,进一步提出了以小波去噪后特征频率分量的功率谱密度值的下降程度为依据的待定因子确定方法。以Mallat算法为例,对新型阈值确定方法进行了分析和比较,指出运用该方法进行小波去噪处理,增强了算法的实时性,同时信号拟关注的信息损失较小,去噪效果比较理想。交-交变频器输出电流的小波去噪实验结果表明,该方法行之有效。