光学 精密工程
2023, 31(11): 1631
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1051
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对我国高精度立体测绘卫星系统中激光测高仪的在轨场地检校的技术需求, 研制了激光脉冲探测器系统。系统采用高速 PIN 探测单元及高速数据采集电路实现了 ns 级脉宽激光脉冲的定量化采集, 通过集成无线射频模块实现脉冲探测器的数据远程传输。为保证脉冲探测器的野外应用性能, 系统进行了能量密度测试、能量响应一致性与稳定性测试、探测器测量视场角测试等。试验结果表明脉冲探测器可以实现 1～120 nJ·cm－2 的能量范围采集, 能量响应的一致性优于 5%, 稳定性优于 1.5%, 并且可以实现 ±12° 角度范围内的激光脉冲的有效采集。最终探测器成功应用到我国“高分七号”卫星激光测高仪的在轨检校中, 获得了探测器阵列的有效激光触发数据, 为激光测高仪的在轨检校试验提供了有效的数据支撑。
激光测高仪 能量采集 无线发送 脉冲探测器 laser altimeter energy acquisition wireless transmission pulse detector 大气与环境光学学报
2021, 16(6): 541
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
作为我国自主研制的首颗1∶10000比例尺立体卫星,高分七号(GF-7)卫星搭载的全波形激光测高仪和双线阵光学相机为全球范围内数字高程模型的建立提供了新的途径。为确定激光脚点在双线阵立体影像中的位置,进而实现两者的复合测绘功能,监视激光指向的足印相机和双线阵相机一般需要在白天同时工作,以确定激光光斑在双线阵相机图像坐标系下的位置。采用同步曝光模式时,足印相机中的光斑图像往往与地物和云层重叠,在强背景噪声条件下由足印相机图像提取的光斑中心精度较差,甚至无法提取光斑中心。基于多轨足印相机图像的分析,激光器在连续工作时,光斑中心随其工作时间的增加在X方向正向偏移并呈现一定的线性,其线性变化规律受激光器出光能量波动的影响;而在Y方向上则基本稳定,可以采用分段线性拟合、数据插值的方式来获取强背景噪声条件下光斑中心的位置,从而提升激光数据的利用效率。激光指向的变化规律也为后续激光载荷系统误差标定与计算提供了依据和参考,也为后续激光测高仪数据的分析和处理提供了新的思路。
遥感 高分七号卫星 激光测高仪 激光指向 足印相机 强背景噪声 光斑中心 光学学报
2021, 41(23): 2328003
红外与激光工程
2021, 50(8): 20200396
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
使用足印相机同时对激光光斑和地表成像会导致相机中的激光光斑影像与地面影像重叠,造成激光光斑的中心定位精度较差。本文针对GF-7卫星足印相机实测的图像特点,提出地物噪声图像分类方法,优化高斯拟合光斑中心定位的处理流程,同时分析不同地物噪声背景下光斑图像的分类方法以及对应的光斑中心的提取精度。实验结果表明,所提方法在低中高的不同噪声条件下,中心定位精度分别为0.11,0.13,0.16 pixel,定位方差分别为0.020,0.262,0.341 pixel。在信噪比更好的夜间,光斑定位精度为0.02 pixel,定位方差为0.0036 pixel,说明噪声是影响光斑中心定位精度的最主要因素。
遥感 高分七号卫星 激光测高仪 足印相机 背景噪声 光斑中心定位 光学学报
2021, 41(17): 1728001
1 自然资源部国土卫星遥感应用中心，北京 100048
2 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
3 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，江苏 南京 210023
4 住房和城乡建设部遥感应用中心，北京 100835
5 江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013
全波形数据是高分七号卫星激光测高仪的核心数据之一，采用高分七号卫星激光测高仪的多轨实测数据，依靠波形背景噪声、峰度和偏度、信噪比和高斯特征参数等质量评价参数对波形数据进行质量评价，利用高斯分解后的建筑物高度计算、地表面坡度反演对波形数据地形地物特征提取方面的潜力进行分析。实验结果显示，试验区回波数据的总体可用率为72.59%，发射波形和回波波形数据质量良好且稳定，信噪比略优于ICESat/GLAS；针对波形数据中的“平顶”、“负冲”现象给出了初步的处理方法，结合高低增益组合模式优化波形数据选择；波形数据可以很好的反映地物地形特征，不同地物特征的回波波形展现出相应的波形特征，由波形数据反演出的建筑物高度精度可达分米级，相关结论对高分七号卫星激光测高数据应用具有参考价值。
高分七号 激光测高仪 波形数据 质量评价 质量控制 地形反演 GF-7 laser altimeter full waveform data quality evaluation quality control terrain inversion 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200387
1 武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心，北京 100048
全波形星载激光测高仪通过向地表发射激光，获得目标表面的后向散射完整波形，可用于地表剖面高程信息及目标表面几何物理参数的反演。GF-7星载激光测高仪部分原始波形存在噪声显著、波峰左偏/右偏和非饱和平峰等情况，对提取有效信息造成干扰。针对GF-7星载激光测高仪全波形数据，首先提出了一种波形背景噪声迭代去除方法，然后对波形噪声特点及几何结构进行分析，并进行定量化描述，最终设计了一种顾及波形噪声与结构异构的自适应高斯滤波器。在实验中，将文中方法与已有经典波形滤波算法进行比较，最终验证了文中方法在噪声去除、有效信号保留及非饱和平峰波形处理上的有效性。使用文中方法进行波形滤波后，波形信噪比更高，同时波形幅值下降量均在3倍的噪声标准差以内，非饱和平峰波形滤波后波形高斯分解参数振幅、均值和标准差的分解精度分别为(0.69 ± 2.34) mV, (0.007 ± 0.024) ns和(0.026 ± 0.069) ns。
GF-7星载激光测高仪 全波形 自适应高斯滤波 激光遥感 GF-7 satellite laser altimeter full waveform adaptive Gaussian filtering laser remote sensing 红外与激光工程
2020, 49(11): 20200251
1 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
2 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心, 北京 100048
针对当前我国星载激光测高仪地面载荷性能分析和在轨检校等迫切需求, 本文从星载激光测高仪在轨工作环境出发, 对激光全链路工作原理进行深入研究, 设计了一套基于精细地形的星载激光测高仪回波全链路仿真方法与流程, 并详细推导了星载激光测高仪的回波仿真模型; 通过精细化地形实现激光分束处理, 完成高精度回波仿真.以目前全球唯一具备回波记录的对地观测激光测高仪GLAS为试验对象, 利用高精度机载点云精细地形数据, 选取平坦和山地地形试验区域进行全链路回波波形仿真与试验分析.结果表明: 平坦地形区域仿真波形与真实波形相似度达到0.985, 山地地形区域仿真波形与真实波形相似度为0.921. 本文方法能实现两类典型地形的星载激光回波波形高精度仿真.
遥感 星载激光测高仪 波形仿真 精细地形 相似度 Remote sensing Satellite laser altimeter Waveform simulation Actual terrain Similarity 光子学报
2018, 47(11): 1128004
武汉大学 电子信息学院, 湖北 武汉 430079
现有利用激光测高波形的地物分类方法绝大多数基于机器学习的分类原理, 是一种基于经验的分类方法。从激光回波的理论模型出发, 通过推导纯海水表面回波和含有海冰的表面回波的解析模型, 对纯海水回波和含有海冰回波逐个采样点按时域距离加权计算总振幅差异值, 以该差异值作为依据建立一种半解析型的海水、海冰分类方法; 通过机载LiDAR将在格陵兰北部海冰区的实测点云数据判断GLAS激光脚点对应的地面类型, 对GLAS在该区域实测波形进行基于论文方法的分类准确性验证; 结果显示, 在剔除饱和波形影响后, 分类总体精度OA大于95%, Kappa系数接近0.89, 具有非常好的分类效果。论文将使得激光测高仪地物类型分类方法由基于机器学习为依据向半理论解析模型为依据的分类方向延伸, 为后续基于激光回波数据的地物分类方法提供重要的参考思路。
激光测高仪 激光雷达 海冰 回波模型 分类 laser altimeter LiDAR sea-ice waveform model classification 红外与激光工程
2018, 47(5): 0506005
