具体实施方式

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种激光雷达近场饱和问题的判别，参见图1～2，判别包括以下步骤：

步骤一、获取参考线相关系数；绘制出ln(P(r)*r²)与r的关系曲线，选取0～3km高度范围内的该相关曲线，并采用最小二乘法对该曲线进行线性拟合，并得到参考线性相关系数；

步骤二、计算大气透气率和高消光值空间范围；激光雷达正常使用时，分析软件实时计算0～3km范围内大气透过率，同时计算消光系数处于90％最大消光值以上的距离范围；

步骤三、获得线性相关系数，并判断该值是否超标；水平探测模式下，采集数据并保存，几何重叠因子修正后，绘制出ln(P(r)*r²)与r的关系曲线，选取0～3km高度范围内，采用最小二乘法对该曲线进行线性拟合，并得到线性相关系数；如果得到的线性相关系数低于80％，或者低于参考线性相关系数的90％，则认为光电探测器进入非正常的饱和区；

所述步骤一中，绘制出ln(P(r)*r²)与r的关系曲线的方法为：选定良好天气状况，激光雷达设置为水平探测模式，采集数据并保存，几何重叠因子修正后，绘制出ln(P(r)*r²)与r的关系曲线；

激光雷达后向散射回波信号光功率满足以下雷达公式：

其中，P(r)为激光雷达后向散射回波信号光功率，C为激光雷达常数，η(r)为几何重叠因子，β(r)为距离Z处的大气分子和气溶胶总后向散射系数，r为检测点到激光雷达的距离，α(r)为距离Z处的大气分子和气溶胶总消光系数；

一般利用标准大气模式求得大气分子的后向散射系数和消光系数，假定气溶胶的雷达比和边界条件，利用Fernald迭代算法即可求得近地面到Z高度的消光廓线；气溶胶的雷达比为气溶胶消光系数与后向散射系数的比值；

对雷达公式两边取对数，再求导，可以得到：

当激光雷达水平探测时，可以认为大气水平均匀，故

水平方向的消光系数α(r)为一常数；

如图3所示，展示了ln(P(r)*r²)随距离r的变化关系，理想情况下，两者呈很好的线性关系，直线为理想状态，方块点表示实际探测数据；同时，从图中可以看到，距离越小，其ln(P(r)*r²)值越大；

实际数据采集中，由于激光雷达存在几何重叠因子，在近场处会出现信号由0逐渐变为最大值的情况；这是激光雷达机械结构所决定的，在经过几何重叠因子修正之后，实际采集的ln(P(r)*r²)应该近似为一条直线；

所述步骤二中，激光雷达采取水平探测或垂直探测中的一种；激光雷达采取水平探测或垂直探测需要近场饱和判断条件相同；在进行线性度求解时，为激光雷达在水平状态下；若激光雷达探测方式垂直探测，满足大气透过率低于某个设定值，或者消光系数处于90％最大消光值以上的距离范围为1km；随后将雷达设置为水平状态，再进行计算，判断，调整，修正；

所述步骤二中，激光雷达探测器饱和区判别的前提条件为：如果大气透过率低于某个设定值，或者消光系数处于90％最大消光值以上的距离范围为1km，需要将雷达设置为水平探测模式，随后进行探测器饱和区判别；

一种激光雷达近场饱和问题的优化方法，该优化方法包括以下步骤：

步骤S1、获取参考线相关系数；

步骤S2、计算大气透气率和高消光值空间范围；

步骤S3、获得线性相关系数，并判断该值是否超标；水平探测模式下，采集数据并保存，几何重叠因子修正后，绘制出ln(P(r)*r²)与r的关系曲线，选取0～3km高度范围内，采用最小二乘法对该曲线进行线性拟合，并得到线性相关系数，如果得到的线性相关系数低于80％，或者低于参考线性相关系数的90％，则认为光电探测器进入非正常的饱和区；

步骤S4、调整光电探测器供电电压；光电探测器通过工程机连接电压调节器，电压调节器通过高压供电电压与光电探测器连接；工程机内设置有数据采集器、采集软件、分析软件、电压调节算法，数据采集器连接到光电探测器上，数据采集器由采集软件控制，采集软件与分析软件数据连接，分析软件内置反演算法和饱和判别，饱和判别输出到电压调节算法上；电压调节算法输出到电压调节控制器上；

电压调节控制器调节激光雷达的高压供电电压，激光经过大气时与大气中的分子和粒子发生散射和吸收等物理作用，粒子和分子散射的光信号一部分沿着激光传播相反的方向返回，光电探测器接收光信号转换为电信号，被工程机中的数据采集器采集并经二进制数据储存；存储的二进制数据通过分析软件内的反演算法，达到饱和判别，最终变成想要的大气参数；饱和判别通过电压调节算法控制电压调节控制器；

工程机通过采集软件、分析软件、电压调节算法，利用RS232接口连接电压调节控制器，小范围地降低光电探测器的供电高压，重复步骤S4的操作，反复迭代，直到满足步骤S4中设定的判断条件为止；

降低光电探测器的供电电压时，调节的幅值按优化算法调节；

步骤S5、光电探测器的线性工作区优化完成，进入激光雷达正常使用模式；

所述优化算法包括：

步骤S41、计算当前拟合线性相关系数与参考相关系数的初始差值；

步骤S42、在满足光电探测器正常线性工作电压区内，引入经典的比例积分微分PID算法；PID算法比例项成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，立即产生控制作用以减小偏差；积分环节的作用，用于消除静差提高系统的无差度；微分环节的作用反映偏差信号的变化趋势，变化趋势包括变化速率；并在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间；通过PID算法反复迭代，可达到系统线性相关系数快速稳定在合适值的目的。

本发明的工作原理：

在正常天气状况下时，经过修正后的实际采集数据，其ln(P(r)*r²)应该近似为一条直线，此时数据反演正常；

如果遇到污染加重、低云以及湿度较大等情况时，由于后向散射信号的增强，导致P(r)整体增大；如果P(r)的强度超过光电探测器线性区的容限值，近场区更容易接近容制，探测器将会进入饱和区，此时，光电探测器输出电压或电流信号不能真实反应输入光强度的值，导致雷达数据反演误差增大；通过正常情况下的ln(P(r)*r²)与r的线性关系，当光电探测器进入饱和区时，激光雷达实际测量数据，所得到的ln(P(r)*r²)与r的关系不在是一条直线，同时，越靠近地面，r越小，直线形变越严重，因此，可以通过这一特性判别光电探测器是否进入饱和状态；

通过对雷达公式两边取对数，再求导；展示了ln(P(r)*r²)随距离r的变化关系，理想情况下，两者呈很好的线性关系，直线为理想状态，方块点表示实际探测数据；

采用对ln(P(r)*r²)与r线性拟合，以线性相关系数为重要指标，判别探测器是否进入非正常的饱和状态；

利用降低光电探测器供电高压的方式，在光输入光增强的情况下，保证探测器工作在线性区，保证激光雷达的固有参数，如几何重叠因子，不会发生变化，在探测器供电电压调整时，引入PID算法，实现快速稳定的目的；

采用0～3km大气透过率，以及90％最大消光值的距离范围作为重要指标，判断激光雷达在工作过程中，是否需要进行探测器饱和优化。

本发明提供了一种激光雷达近场饱和问题的判别及优化方法，具有判别探测器是否进入非正常的饱和状态，通过控制算法，解决近场饱和问题，提高激光雷达相关产品的数据准确性的特点。本发明的有益效果：通过对雷达公式两边取对数，再求导；展示了ln(P(r)*r²)随距离r的变化关系，理想情况下，两者呈很好的线性关系，直线为理想状态，方块点表示实际探测数据；

采用对ln(P(r)*r²)与r线性拟合，以线性相关系数为重要指标，判别探测器是否进入非正常的饱和状态；

利用降低光电探测器供电高压的方式，在光输入光增强的情况下，保证探测器工作在线性区，保证激光雷达的固有参数，如几何重叠因子，不会发生变化，在探测器供电电压调整时，引入PID算法，实现快速稳定的目的；

采用0～3km大气透过率，以及90％最大消光值的距离范围作为重要指标，判断激光雷达在工作过程中，是否需要进行探测器饱和优化。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。