全波形激光(guāng)雷達航測系統一問世，備受學者關注

發布日期：2019-06-27 00:00 浏覽量：9528

激光(guāng)雷達航測技術作爲近年來(lái)發展起來(lái)的(de)新興技術，将激光(guāng)技術與測繪技術集于一身，集成了(le)全球定位系統、高(gāo)精度掃描儀、三維激光(guāng)測距儀和(hé)慣性導航系統，通(tōng)過發射激光(guāng)束測量雷達系統與地物(wù)目标之間的(de)距離和(hé)位置等特征信息，進而獲取高(gāo)精度的(de)地物(wù)三維空間信息。

相對(duì)于微波雷達而言，激光(guāng)雷達在測量精度、分(fēn)辨率和(hé)抗幹擾能力等方面具有一定的(de)優勢，所以成爲獲取地球空間信息的(de)重要技術手段之一。

自2004年第一台全波形機載激光(guāng)雷達測量系統一經問世，立刻引起了(le)衆多(duō)學者的(de)關注，開啓了(le)對(duì)全波形激光(guāng)雷達數據處理(lǐ)研究與應用(yòng)的(de)新時(shí)代，全波形機載激光(guāng)雷達航測系統與傳統的(de)激光(guāng)雷達相比，用(yòng)戶可(kě)以根據需要對(duì)回波波形進行分(fēn)解以得(de)到多(duō)個(gè)感興趣的(de)信息。飛(fēi)燕航空遙感18年5月(yuè)引進了(le)全世界最先進的(de)全波形機載激光(guāng)雷達航測系統VQ-1560i。

對(duì)于離散回波信号，傳統激光(guāng)雷達僅僅記錄了(le)有限次的(de)離散回波信号( 通(tōng)常是第 1 次和(hé)最後一次); 而對(duì)于全波形機載激光(guāng)雷達航測系統，發射端發出的(de)激光(guāng)束在與其光(guāng)斑照(zhào)射範圍内的(de)多(duō)個(gè)地物(wù)目标相互作用(yòng)之後，系統接收端則以較高(gāo)的(de)采樣頻(pín)率對(duì)回波進行采樣并數字化(huà)，從而得(de)到與地物(wù)目标作用(yòng)的(de)先後順序相同的(de)回波信号。

若不同高(gāo)度的(de)地物(wù)目标間距很近，則系統接收的(de)回波信号往往是多(duō)個(gè)小波疊加的(de)結果，加之各種噪聲的(de)影(yǐng)響，因此必須對(duì)回波數據進行有效分(fēn)解和(hé)處理(lǐ)，以将每個(gè)地物(wù)目标的(de)回波從接收到的(de)波形數據中一一分(fēn)離，用(yòng)以準确獲取每個(gè)地物(wù)目标的(de)相關信息。

全波形機載激光(guāng)雷達航測數據處理(lǐ)方法

目前，全波形機載激光(guāng)雷達的(de)數據處理(lǐ)方法主要有兩種: 反卷積法和(hé)波形分(fēn)解法。這(zhè)兩種方法均可(kě)以得(de)到較爲理(lǐ)想的(de)結果，但在原理(lǐ)和(hé)處理(lǐ)過程上有所不同。

反卷積法

假設全波形激光(guāng)雷達的(de)發射脈沖和(hé)地物(wù)目标的(de)作用(yòng)過程等效于一個(gè)卷積的(de)過程，回波信号的(de)波形則是發射波形與地物(wù)目标的(de)卷積響應，在發射波形和(hé)回波波形已知的(de)情況下(xià)，所需了(le)解的(de)地物(wù)目标的(de)特征就是求解反卷積的(de)過程。

ZHOU全面比較了(le)直接分(fēn)解法、理(lǐ)查德森-路西( Ｒichardson-Lucy，Ｒ-L) 反卷積法和(hé)戈德反卷積法 3 種方法; 實驗結果表明(míng)，當空間差異在 0． 5m ～ 1m 範圍時(shí)，直接分(fēn)解法的(de)性能優于其它兩種，在植被分(fēn)布稀疏的(de)區(qū)域，Ｒ-L 反卷積法表現較好，而戈德反卷積法在植被分(fēn)布密集的(de)區(qū)域具有較好的(de)表現，且能夠獲得(de)的(de)有效回波數量更多(duō)。

雖然反卷積法受雷達系統參量和(hé)自然環境特征的(de)影(yǐng)響較小，但由于反卷積法實現複雜(zá)，所以反卷積法在數據分(fēn)解處理(lǐ)方面的(de)研究與應用(yòng)還(hái)有待進一步完善。

波形分(fēn)解法

波形分(fēn)解法中，回波信号的(de)波形看作爲光(guāng)斑照(zhào)射範圍内不同地物(wù)目标對(duì)發射激光(guāng)脈沖散射後的(de)綜合作用(yòng)結果。波形分(fēn)解方法是将回波波形分(fēn)解成爲一系列的(de)分(fēn)量和(hé)噪聲和(hé)的(de)形式，其中，每個(gè)分(fēn)量代表光(guāng)斑内不同地物(wù)目标的(de)相應的(de)回波信号，通(tōng)過提取每個(gè)分(fēn)量即可(kě)達到提取相應地物(wù)目标結構特征信息的(de)目的(de)。

波形分(fēn)解法主要有 3 個(gè)步驟:

( 1) 回波波形去噪;

( 2) 參量初值估計;

( 3) 優化(huà)參量拟合回波波形。

在獲取高(gāo)時(shí)空分(fēn)辨率的(de)地球空間信息上，全波形機載激光(guāng)雷達航測技術的(de)發展爲此提供的(de)全新的(de)技術手段，數據的(de)獲取從傳統人(rén)工測量變爲自動獲取，并朝著(zhe)智能獲取的(de)方向發展，提高(gāo)了(le)地物(wù)目标的(de)觀測精度和(hé)速度，同時(shí)可(kě)以快(kuài)速地獲取地面特征點的(de)三維空間位置和(hé)地表的(de)形态特征，因而在遙感測繪等領域具有明(míng)确的(de)應用(yòng)前景，并已得(de)到了(le)廣泛的(de)關注和(hé)快(kuài)速的(de)發展。

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