煤炭科学技术

作者：郑学召, 蔡国斌, 周博, 文虎, 郭军, 刘荫,

关键词：灾害应急救援, 激光气体遥测, 多源噪声, 联合信号处理, 稳定性评估,

针对灾害救援等复杂环境下激光气体遥测回波信号易受多源噪声干扰、信噪比下降及长期稳定性不足等问题，基于激光气体遥测工程应用需求，研究多源干扰条件下回波信号的等效建模与抑制方法。根据弱吸收与小扰动条件，对灾害救援场景下激光回波信号中的功率起伏、目标反射率变化及系统噪声进行线性化分析，建立多源乘性干扰向加性扰动等效转化的信号模型。在此基础上，提出一种小波去噪（Wavelet Denoising，WD）与卡尔曼滤波（Kalman Filter，KF）相结合的联合信号处理方法，利用小波多分辨分析对高频随机噪声进行频域抑制，并通过卡尔曼滤波的预测−更新机制对低频基线漂移进行时域修正，实现多源噪声的分层处理。基于 MATLAB 平台构建多源噪声仿真模型，分别设置低频扰动（200～600 Hz）、高频随机噪声（5～15 kHz）及其混合噪声工况，对 WD、KF 与 WD–KF 联合算法进行对比分析，并采用信噪比（SNR）、均方根误差（ERMS）及峰值信噪比（PSNR）作为评价指标。同时，搭建基于非合作目标的激光甲烷遥测实验平台，在不同浓度与积分时间条件下采集试验数据，对算法的工程适用性和长期稳定性进行验证。仿真结果表明：在 15 dB 高斯白噪声条件下，WD–KF 联合算法处理后信号的 SNR 为 39.58 dB，ERMS 为 0.003 1；在低频扰动和高频随机噪声条件下，联合算法的 ERMS 保持在 10−5 数量级，PSNR 达 30 dB 以上。试验结果显示：经 WD–KF 算法处理后，系统输出信号在积分时间超过 100 s 条件下 Allan 偏差曲线未出现明显漂移，长期波动特性得到改善。基于等效加性干扰建模的 WD–KF 联合信号处理方法能够在复杂噪声条件下对激光气体遥测回波信号的频域结构和时间稳定性产生调节作用，可为灾害救援等场景中激光气体遥测信号处理提供一种可行的技术方案。

来源：2026年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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