西安理工大学机械与精密仪器工程学院激光雷达大气遥感研究中心，陕西 西安 710048
以斜程能见度精确探测为目标，综述了激光遥感在斜程能见度测量中的主要技术及其研究进展，分析了现有探测技术在斜程能见度测量中的不足与局限性，重点介绍了一种新型的激光雷达结合辐射传输模式的斜程能见度测量方法，剖析了基于拉曼-米散射激光雷达的气溶胶精细探测技术、基于辐射传输模式的大气散射辐射亮度解析方法以及大气散射辐射亮度校正的斜程能见度测量技术与应用案例，突破了当前白天斜程能见度测不准的技术瓶颈。最后，展望了激光遥感技术在全球斜程能见度测量中的应用潜力。
大气光学 激光遥感 斜程能见度 辐射传输模式 散射辐射亮度
1 伊犁师范大学新疆凝聚态相变与微结构实验室, 新疆 伊宁 835000
2 伊犁师范大学振动信号俘获与智能处理重点实验室, 新疆 伊宁 835000
激光遥感探测技术具有信息传输速度快、操作方便、高精度和远距离探测等优点, 可以很好地弥补地震勘探在地形复杂区域中存在的施工难度大、地震数据采集慢等缺点。利用波前传感器具有的高灵敏度、高探测效率和离轴探测等特点, 将其用于地震波激光遥感探测之中, 改进前期研究中由于迈克尔逊干涉法存在慢变化导致的信号处理复杂等问题。通过搭建激光遥感探测系统, 对地震波中的纵波进行观测和分析, 探讨了地面振幅与波前传感器测量光斑的关系。试验表明, 该系统对低频地震波响应更加良好, 解决了仪器本身自然频率的干扰, 离轴探测的特性使得反射信号的采集更加便利, 为地震波激光遥感探测提供了试验参考。
波前传感器 激光遥感 波前 地震波 wavefront sensor laser remote sensing wavefront seismic wave
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230213
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安理工大学现代装备绿色制造协同创新中心, 陕西 西安 710048
针对过冷云分布的探测, 设计了一种近红外机载偏振同轴微脉冲激光雷达系统。该系统采用波长 1550 nm 激光激励, 可有效减少云中小尺度气溶胶粒子的消光, 从而提高大尺度云粒子的探测距离和效率。通过非球形粒子的退偏比来甄别云粒子相态, 同时提出了云含水量的激光雷达反演算法, 并结合机载温度数据和对流层特征, 反演过冷云的空间分布。基于标准大气模型和机载仪器的云粒子谱数据, 仿真分析了不同激励波长偏振微脉冲激光雷达在两种对流层云中的探测性能, 结果表明下层云中的探测距离约为 1.1 km, 而上层云中的探测距离可达 1.5 km。
大气光学 机载偏振激光雷达 过冷云分布 近红外激光遥感 云含水量 atmospheric optics airborne polarization lidar supercooled cloud distribution near-infrared laser remote sensing cloudy moisture content
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
西安理工大学 机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
国内正处于实施21世纪海洋“丝绸之路”战略部署的关键时期, 发展海洋光学技术是支撑国家中长期发展战略的重要方向。海洋激光遥感技术是海洋光学的重要研究领域之一。激光雷达作为近年来快速发展的新型主动遥感技术, 由于其具有高精度及高时空分辨率的优点, 已在海洋激光遥感领域得到广泛的应用。文中基于布里渊散射激光雷达和海洋成像激光雷达介绍了海洋激光遥感技术的研究进展, 以及我国在水体参数测量、水下目标探测和海洋地形地貌的激光遥感中的应用。
海洋激光遥感 激光雷达 水体参数探测 水下目标探测 海洋地形地貌 ocean laser remote sensing lidar water parameter detection underwater target detection marine topography 红外与激光工程
2018, 47(9): 0903003
1 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 解放军电子工程学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
逆合成孔径激光雷达(ISAL)相比逆合成孔径雷达(ISAR), 其信号源具有更小的发散角, 同分辨下具有更小的合成孔径累积角度的优点, 从而获得关注。但是因为ISAL采用激光器为雷达信号源, 而且激光雷达与微波雷达调制原理不同, 导致在ISAR中主流的扩频方案如线性调频并不适用于真实的ISAL。为了获得高重复性的并且在极短时间内宽频的探测信号, 采用了光通信中广泛使用的最长序列相位调制。在说明了其远场回波信号模型和对应的成像算法之后, 指出了其与传统算法之间的区别。最后, 使用由多个散射中心点组成的成像目标, 进行了成像算法仿真和结果分析。仿真参数与成像结果表明: 该方法为一种可采用的实时ISAL调制方法。
激光遥感 逆合成孔径激光雷达 相位调制 多普勒频移 laser remote sensing ISAL phase modulation Doppler frequency shift 红外与激光工程
2017, 46(5): 0506003
1 山东科技大学测绘科学与工程学院，山东 青岛 266590
2 武汉大学电子信息学院，湖北 武汉 430079
星载激光测高系统亚毫弧量级的发散角和冰层表面几乎没有穿透效应的优势使其非常适于监测南北极冰盖变化。利用GLAS激光测高卫星的高程数据，通过交叉和重复点方法分析2003~2009年3月格陵兰2 000 m以上区域冰盖高程变化，并改进了交叉点计算方法，使其适合纬度跨度较大的格陵兰地区。经过粗差剔除和时序解算，研究结果表明，该区域7年间冰盖高程年均变化+3.80 cm/年，中误差0.91 cm，呈缓慢增长趋势；交叉点和重复点方法所得结果趋势一致，重复点数量为交叉点数量的4~15倍，但位置分布不均匀，使用星载激光测高数据分析极地冰盖变化时，较大区域适合使用交叉点方法，较小区域适合使用重复点方法。
激光遥感 激光测高 格陵兰冰盖 高程变化 laser remote sensing laser altimeter Greenland′s ice sheet elevation changing 红外与激光工程
2015, 44(12): 3565
1 山东科技大学 测绘学院，山东 青岛 266590
2 武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430079
星载激光测高仪通过接收经地表反射的微弱激光脉冲回波，计算卫星与地表的距离；结合卫星位置和姿态数据，生成激光脚点精确地理位置和高程结果。对于高程精度10 cm量级的对地观测激光测高仪，必须对影响严重的姿态角系统误差进行标定和校正。文中推导得出星载激光测高仪姿态角误差与已知地表先验信息相关联的数学模型，设计了利用大洋表面作为地表标定场，通过卫星姿态机动方式，最小二乘估计算法校正卫星在轨系统误差的具体方法。仿真结果表明，所设计的方法能够准确估计存在的姿态系统误差，即使大规模观测值丢失，估计偏差也小于5%。这种在轨运行系统误差的标定方法对于对地观测星载激光测高仪的姿态误差检校具有参考意义。
激光遥感 激光测高仪 在轨标定 系统误差 姿态机动 laser remote sensing laser altimeter on orbit calibration systematic error attitude maneuver
1 山东科技大学测绘科学与工程学院，山东 青岛 266590
2 武汉大学电子信息学院，湖北 武汉 430079
星载激光测高系统通过接收卫星平台激光器发出的激光脉冲经地表反射的微弱回波，计算卫星与地表的距离；结合卫星轨道和姿态数据，生成激光脚点精确地理位置和高程结果。其高程误差主要受器件、环境和目标参数影响，目前还没有完整描述对地观测星载激光测高系统平面和高程误差的数学模型。简化并完善了针对固体地表的激光测距误差模型，建立了完整的激光脚点平面和高程误差模型。利用高程精度和空间分辨率更高的机载Lidar数据评估了星载激光测高系统GLAS实测数据的高程偏差，评估结果符合所建误差模型。在较平坦的冰盖表面，GLAS系统高程精度可以达到设计值约15 cm。研究内容对测高系统高程误差评估和系统参数设计具有参考意义。
激光遥感 激光测高 测距误差 高程误差 机载激光雷达 laser remote sensing laser altimeter range error elevation error airborne lidar
