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全波形激光雷达航测系统一问世,备受学者关注

作者:飞燕遥感 发布日期:2019-06-27 00:00 浏览量:426

激光雷达航测技术作为近年来发展起来的新兴技术,将激光技术与测绘技术集于一身,集成了全球定位系统、高精度扫描仪、三维激光测距仪和惯性导航系统,通过发射激光束测量雷达系统与地物目标之间的距离和位置等特征信息,进而获取高精度的地物三维空间信息。

 

相对于微波雷达而言,激光雷达在测量精度、分辨率和抗干扰能力等方面具有一定的优势,所以成为获取地球空间信息的重要技术手段之一。

 

2004年第一台全波形机载激光雷达测量系统一经问世,立刻引起了众多学者的关注,开启了对全波形激光雷达数据处理研究与应用的新时代,全波形机载激光雷达航测系统与传统的激光雷达相比,用户可以根据需要对回波波形进行分解以得到多个感兴趣的信息。飞燕航空遥感18年5月引进了全世界最先进的全波形机载激光雷达航测系统VQ-1560i。

 

对于离散回波信号,传统激光雷达仅仅记录了有限次的离散回波信号( 通常是第 1 次和最后一次); 而对于全波形机载激光雷达航测系统,发射端发出的激光束在与其光斑照射范围内的多个地物目标相互作用之后,系统接收端则以较高的采样频率对回波进行采样并数字化,从而得到与地物目标作用的先后顺序相同的回波信号。

 

若不同高度的地物目标间距很近,则系统接收的回波信号往往是多个小波叠加的结果,加之各种噪声的影响,因此必须对回波数据进行有效分解和处理,以将每个地物目标的回波从接收到的波形数据中一一分离,用以准确获取每个地物目标的相关信息。

 

全波形机载激光雷达航测数据处理方法

目前,全波形机载激光雷达的数据处理方法主要有两种: 反卷积法和波形分解法。这两种方法均可以得到较为理想的结果,但在原理和处理过程上有所不同。

 

反卷积法

假设全波形激光雷达的发射脉冲和地物目标的作用过程等效于一个卷积的过程,回波信号的波形则是发射波形与地物目标的卷积响应,在发射波形和回波波形已知的情况下,所需了解的地物目标的特征就是求解反卷积的过程。

 

ZHOU全面比较了直接分解法、理查德森-路西( Richardson-Lucy,R-L) 反卷积法和戈德反卷积法 3 种方法; 实验结果表明,当空间差异在 0. 5m ~ 1m 范围时,直接分解法的性能优于其它两种,在植被分布稀疏的区域,R-L 反卷积法表现较好,而戈德反卷积法在植被分布密集的区域具有较好的表现,且能够获得的有效回波数量更多。

 

虽然反卷积法受雷达系统参量和自然环境特征的影响较小,但由于反卷积法实现复杂,所以反卷积法在数据分解处理方面的研究与应用还有待进一步完善。

 

波形分解法

波形分解法中,回波信号的波形看作为光斑照射范围内不同地物目标对发射激光脉冲散射后的综合作用结果。波形分解方法是将回波波形分解成为一系列的分量和噪声和的形式,其中,每个分量代表光斑内不同地物目标的相应的回波信号,通过提取每个分量即可达到提取相应地物目标结构特征信息的目的

 

波形分解法主要有 3 个步骤:

( 1) 回波波形去噪;

( 2) 参量初值估计;

 ( 3) 优化参量拟合回波波形。

 

在获取高时空分辨率的地球空间信息上,全波形机载激光雷达航测技术的发展为此提供的全新的技术手段,数据的获取从传统人工测量变为自动获取,并朝着智能获取的方向发展,提高了地物目标的观测精度和速度,同时可以快速地获取地面特征点的三维空间位置和地表的形态特征,因而在遥感测绘等领域具有明确的应用前景,并已得到了广泛的关注和快速的发展。

 

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