激光遥感成像信号与目标细特性关系研究

根据提高激光遥感成像分辨率的需要,分析了激光遥感成像分辨率的影响因素,说明了传统处理方法仅利用回波时延和强度信息,难以得到光斑内部地表信息,在某些情况下,甚至会造成较大的成像误差.通过对激光遥感成像信号与地表目标细特性的时空调制关系分析,探讨了地表高度分布与反射率分布特性对回波波形的不同影响,得到激光合成回波数学模型.分析信号反演方程的可解性,利用最小均方误差法得到地表细特性分布的反演结果.通过与传统分析方法得到的成像结果比较,证实该分析方法可以有效提高成像分辨率和成像精度.其中,关于目标细特性的分析提取方法是对激光遥感成像信号处理的开拓性研究.     

激光遥感成像多回波合成算法

根据提高激光遥感成像分辨率的需要,分析了该成像分辨率的影响因素.说明了仅利用回波时延和强度信息的传统处理方法,难以得到光斑内部地表信息,在某些情况下.甚至会造成较大的成像误差.通过对激光遥感成像回波信号模型研究和沿飞行路径的多回波信号关系分析,得到了多次回波关系方程组.利用激光光斑子区域划分和多回波方程组求解.从合成回波信号中提取出子区域回波信息.对子区域回波通过波形分解拟合算法得到子区域地表高度分布信息.通过与传统分析方法得到的成像结果相比,证实该分析方法可以有效提高成像分辨率和成像精度.     

激光遥感目标回波脉宽展宽特性实验

随着激光遥感探测技术的发展,目标回波脉冲特性对遥感探测的影响成为新的研究热点.脉冲展宽特性是激光回波的重要特性,其影响到回波接收信噪比和测距精度.为此,通过实验研究了目标回波脉冲展宽特性.描述了激光遥感回波波形采集实验系统主要构成以及关键技术参数.介绍了直射和倾斜入射情况下激光遥感目标回波脉宽展宽模型,并根据模型描述了回波脉宽展宽特性.对垂直探测楼房墙壁和倾斜探测草地的实验数据进行了分析,并将实验结果和理论分析数据进行了比较,取得了较好的一致性.最后提出了利用激光遥感回波脉宽展宽特性反演目标倾斜角的方法.     

激光遥感图像乘性噪声降噪技术

激光遥感图像乘性噪声的降噪处理中,传统解决乘性噪声的图像降噪技术存在较多的缺陷,故根据乘性噪声的非线性和时变性,提出基于TV模型的激光遥感图像乘性噪声综合降噪方法,在不破坏图像基本结构的情况下进行降噪。该方法使用TV模型针对乘性噪声的非线性和时变性进行能量变分,获取乘性噪声能量极限,综合使用规则化方法和边界约束法对能量极限进行迭代求解,从激光遥感图像的边缘处开始向内进行乘性噪声平滑降噪,很好地保留了图像边缘信息。实验对不同降噪方法进行了对比分析,结果显示,所提降噪方法具备良好的降噪性能。     

基于波前传感器的地震波激光探测研究

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。     

基于机器学习的激光遥感图像多目标检测方法

目前方法检测多目标激光遥感图像时,其未处理遥感图像的辐射量失真情况,导致检测方法的平均识别率、平均精度均值低和检测效率低。提出基于机器学习的激光遥感图像多目标检测方法,该方法处理激光遥感图像辐射量失真情况,通过校正辐射和辐射匹配获取到更清晰和真实的遥感图像,结合改进的原始Mask R-CNN网络,引入分级跳连法和K均值聚类算法,解决Mask R-CNN网络不适用于激光遥感图像检测的问题,采用改进的机器学习,实现激光遥感图像多目标检测。实验结果表明,所提方法检测出激光遥感图像中的全部目标,平均识别率为95.6%,目标检测时间为0.02 s,平均精度均值达到77.5%,因此,该方法有效提高了平均识别率、平均精度均值和检测效率。     

空间激光遥感技术研究

通过与地面应用激光雷达的对比分析了空间激光遥感系统的工作特点。根据测距方程,对影响空间激光遥感系统回波功率的外部因素进行讨论。分析了回波探测系统的设计要素,对激光遥感系统探测概率与信噪比间关系进行讨论,并针对雪崩光电二极管（APD）的最佳工作点控制技术和雪崩高压稳定控制技术进行了深入分析,同时根据最佳线性滤波器匹配设计理论给出了接收通道带宽与增益的理论设计结果。     

海洋激光遥感技术研究进展(特邀)

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。     

基于激光对数回波函数的断层研究

利用一次发射高速采集多点回波信号的激光遥感技术,采用Klett反演法和朗伯定律,建立了能见度的求解模型,重点研究了激光回波信号的对数回波函数在不同断层上得到的能见度精度的变化规律,初步确立了不同情况下的最优选取区间.并通过大量实测数据的对比,验证了合理的断层选择对提高测量能见度准确度的重要性.     

西安理工大学建成激光遥感中心

西安理工大学投资近200万元的激光遥感技术研究中心已建成。该中心采用美国、日本制造的激光遥感设备组建而成，研究设备居世界先进水平。     

基于PMAC的三维激光加工自动编程系统的研究

针对三维激光加工的特点和具体要求，介绍了作者在开放式数控系统PMAC平台上，利用通用CAD／CAM软件Unigraphics（UG）的CAM模块，从CAD模型中提取5轴联动数控加工的刀轨数据，并经后置处理转化为激光三维加工的机床数据，然后在MATLAB中进行仿真，最后生成PMAC数控代码进行加工。开发出的-C维激光加工软件实用性强，可快速、高效地完成对三维复杂形状工件的激光加工。     

三维激光加工自动编程系统的研究

针对三维激光加工的特点和具体要求,介绍了作者采用面向对象技术,利用mechanical desktop(MDT)上的二次开发工具ARX,从CAD模型中提取激光“刀”位数据,并将数据转化为激光头位数据,利用这些数据进行模拟仿真、干涉检查,最后,经过坐标变换,把计算机中的数据变换为加工机床数据,生成NC代码进行加工。开发出的三维激光加工软件实用性强,可快速、高效完成对三维复杂形状工件的激光加工。     

地面激光雷达扫描垂直立面的强度数据模拟

地面激光雷达获取的激光强度数据包含目标的物理和化学信息,因此研究激光强度数据的生成机制就成为对其分析和应用的关键。分析了地面激光雷达的工作特点,提出假设简化了激光强度数据的计算方程,得出影响激光强度数据的3个主要参量:目标反射率、入射角度和扫描距离。以垂直立面为目标分析地面激光雷达扫描的空间点阵间距的非均匀分布特性,并提出衡量扫描点间距非均匀分布程度的计算方程,分析扫描角度的步进值对扫描点间距非均匀分布的影响。根据实际参数模拟垂直立面的激光强度数据,验证了强度数据计算方程并分析了各参量的影响。     

基于散斑图像的远程振动频率提取方法研究

为了得到远程物体的微米级振动的频率信息,采用基于散斑图像的远程振动频率提取方法,以波长为532nm连续激光器作为光源照射50m远处被测物体表面,通过高速摄像机记录物体表面反射空间内的散斑图样提取物体的微振动频率。采用激光散斑图像的数据处理方法,进行了研究分析和实验验证,利用长焦镜头对远程散斑图像进行适当散焦处理,然后提取视频散斑图像间互相关系数峰值点与原点之间的矢量大小来获取散斑的变化信息,同时对一定宽频率范围内的振动频率进行提取。结果表明,用该方法得到的激光散斑远程微振动频率的提取准确度达99.22%。该数据结果为激光散斑应用于远程频率振动检测提供了一定的论证依据。     

通过DXF数据交换接口实现AutoCAD在激光加工中的应用

分析了激光加工中光笔的运动过程,介绍了DXF(drawing exchange format)图形交换文件的结构,对比PLT格式在激光加工中的优缺点,提出了一种DXF数据交换接口的实现方法.通过DXF数据交换接口实现了AutoCAD在激光加工中的应用,效果比PLT格式理想.     

汽缸表面处理的新发展——激光珩磨

介绍了激光在发动机汽缸表面处理中的3个发展阶段:大斑点慢扫描螺旋式激光淬火、小斑点快扫描网纹式激光淬火和激光珩磨,在比较中揭示了激光珩磨的优点。并对激光珩磨的加工方法进行了探讨,从光束特性、加工原理、加工工艺等方面对YAG激光和准分子激光在激光珩磨中的使用作了对比和分析。     

对地观测星载激光测高系统高程误差分析

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.     

我国激光加工技术的发展近况

本文叙述了我国激光加工现状及其技术特点，激光加工的应用以及天在开发研究的项目。     

线阵扫描三维成像激光雷达系统

针对小型智能机动平台对三维成像激光雷达小型化、低功耗、高精度、快速成像的特定应用要求,基于集成激光器阵列和APD探测阵列设计并实现了12元线阵扫描三维成像激光雷达系统;基于高速数字处理芯片和高精度时间间隔测量芯片实现了并行高精度激光脉冲飞行时间测量和实时数据处理和传输。详细描述了系统原理、组成部分以及实验结果。实验验证该系统激光脉冲重复频率大于10 kHz,垂直方向激光单元角度间隔小于2.5 mrad,近距离距离分辨率优于2.4 cm,测量数据统计标准差小于1,各通道一致性良好。在高速水平扫描转动平台驱动下实现了室内三维场景重构以及高塔大视场远距离目标探测成像实验。     

一种适用于相干激光雷达的下变频技术研究

相干激光雷达指的是采用具有相干光源的激光对探测目标发射,并采用激光外差接收,通过后置信号处理来获取目标信息的一种探测方法。本文针对相干激光雷达的回波信号经过光电探测器后输出频率较高、重频周期长、处理数据量大,提出了一种下变频技术来降低频率至零频,并采用梳状滤波器(CIC)和半带滤波器(HB)组成多级采样率转换来实现数据的滤波和抽取。最后通过实验表明,此方法能够在较低数据率下有效地实现高信噪比的采样进行测距。