利用两级体素的光子点云自适应降噪

光子计数激光雷达采用单光子探测器,受背景环境、目标特征和仪器性能等因素的影响,在记录目标散射/反射回波信号的同时还记录了大量的背景噪声。为实现海量光子点云中地物信号光子的高精准识别,本文提出利用两级体素的光子点云自适应降噪方法,包括：1）利用光子点云的空间分布特征构建大尺度的体素,结合体素的密度属性筛选包含密集信号光子点云的体素,实现光子点云的粗降噪;2）基于最近邻距离建立粗降噪后光子点云的小尺度体素,并利用拓扑关系进一步提取聚集于地物表面的信号光子。以Ice, Cloud and land Elevation Satellite-2/Advanced Topographic Laser Altimeter System（ICESat-2/ATLAS）获取白昼与夜晚光子点云的ATL03级数据为实验数据,将提出方法与改进Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise（DBSCAN）、改进Ordering points to identify the clustering structure（OPTICS）以及ATL08级数据产品进行比较分析。结果表明,该方法具有最优的性能表现,其平均精度（P）、召回率（R）和F1分数（F1）分别达到0.98、0.97和0.98。     

空间光通信中应用于精密指向的面阵探测器的定位精度分析与验证

为了实现空间光通信中高精度的链路,本文重点研究了影响面阵探测器对于目标定位精度的关键因素。首先从机理上分析了质心算法的误差,并仿真验证了满足空间无损采样条件的必要性。我们定义了NU值并以此为指标来量化探测器的非均匀性,随着NU自0开始线性增长,质心的定位误差持续增长但是速度放缓。当NU值为0.005时,最大定位误差为0.043 像素。在目标入射到光学系统的光强不断改变的条件下,NU值越小,质心位置越接近光斑的真实位置。我们通过实验测试了某种典型的CMOS探测器在不同光照强度下的像元响应,建立了像元响应非均匀性的数理模型,计算出NU值于线性响应范围内在0.0045到0.0048范围内波动。光斑质心定位精度的实验结果表明,绝对定位误差小于0.05 像素,可以满足高精度链路的需求,验证了理论和仿真的有效性。     

基于航迹云提议的高光谱遥感空管监视方法

针对高光谱亚像元空中航空器探测时受复杂背景影响而产生的低探测率、高虚警率问题,提出一种基于航迹云提议的高光谱遥感图像空中航空器探测方法。首先,基于高光谱语义分割模型搜索航迹云,利用航迹云提议航空器像元区域,减少无效搜索范围,抑制虚警;其次,提出一种基于字典学习和半盲非负矩阵分解的端元提取算法,有效提升混合像元航空器端元提取精度;最后,在国产高分五号高光谱遥感卫星图像数据集上开展实验验证。结果表明本文提出的算法能够在复杂场景下有效抑制虚警,显著提高亚像元空中航空器的探测率和探测精度。     

基于双稀疏域联合求解的高精度光谱恢复算法

基于压缩感知的光谱成像系统需要合适的算法解码采样数据才能得到最终的光谱成像数据,传统单稀疏域变换算法会带来光谱细节损失等问题。针对该问题,本文提出了利用双稀疏域联合求解的方法（JDSD）,将信号分解为低频部分和高频部分,并针对不同频率信号特点分别进行稀疏恢复,进而解码求解以实现高精度恢复信号。在数据验证中,首先利用OMP算法在频域内对光谱信息轮廓进行恢复,利用IRLS算法在空间域内对光谱细节进行补偿,分析了不同稀疏变换对于参数设置的影响,测试了不同算法组合的JDSD对于测试数据的恢复结果。对于500种光谱数据仿真测试表明,双稀疏域联合求解可将光谱恢复保真度大大提升,20%采样率情况下,SAM和GSAM指标由传统方法的0.625和0.515分别提升为0.817和0.659,80%采样率情况下,SAM和GSAM指标由传统方法的0.863和0.808分别提升为0.940和0.897。JDSD算法可以使得光谱吸收峰等细节特征得到高精度保持,对于基于光谱的特征分析、物质识别等应用具有十分重要的意义。     

0.94 μm差分吸收激光雷达地基工作的进展

为了更好地探测对流层大气水汽的垂直廓线,对已经建立的935 nm差分吸收激光雷达进行了部分改进。采取双通道接收的措施,近场通道望远镜同时也是发射激光的扩束器,近场通道采用偏振分束器加四分之一波片的方式隔离发射光和回波光,远场通道（主通道）采用平行旁轴的卡塞格林望远镜,从而减小激光雷达近地面盲区;发射机的双波长挪到936.0~936.5 nm之间,增加了注入种子激光的功率,提高发射光谱纯度,从而提高探测精度。探测范围从600~2 000 m,延展到250~3 000 m,随机误差5%。     

一种大测距动态范围高重频相干测距测速激光雷达(Ⅰ): 体制及性能

分析了简单\"对称三角线性调频(STLFM)\"连续波测距测速激光雷达体制及其局限性,提出了\"双本振\"、\"双调制双本振\"、\"双频双调制双本振\"相干激光雷达体制,不同程度提升了简单STLFM体制激光雷达的测距动态范围及探测重复频率等性能.对三种体制中涉及到的关键理论进行了仿真分析,对探测精度进行了分析并提出了进一步提高测距精度的措施,仿真分析了采用脉冲积累降低对发射功率需求的能力.几种体制对比表明\"双频双调制双本振\"对称三角线性调频连续波测距测速激光雷达体制具有大测距动态范围、高探测重频、能有效降低对发射功率的需求等优点.     

用于太赫兹空间传输的透镜设计及验证

太赫兹激光作为大角度发散的高斯波束不能简化为平面波或球面波.经典电磁理论和ABCD法则传输理论建模显示: 正透镜实现太赫兹激光束的会聚, 会聚后其像距明显小于透镜的焦距;焦距和太赫兹激光光束波前半径相匹配的负透镜可以实现太赫兹激光束的准直.实验证实f′=-188, 的负透镜位于与太赫兹激光光束波前半径相匹配的位置时, 即z=100 mm, 太赫兹激光的发散角从6°提高到0.1°,20 m传输实验中, 负透镜准直探测方案比正透镜准直探测方案更加简单有效.     

面向卫星激光通信用高帧频短波红外图像的高精度光斑质心定位

光斑质心定位的准确度对系统跟踪精度和激光链路搭建的稳定性有重要影响。在卫星激光通信系统中,采用短波红外波段作为信标光可以降低大气吸收,减少信号衰减。然而,短波红外图像中存在较强的非均匀性和盲元,这使得图像失真从而导致光斑质心定位精度下降。因此,短波红外图像光斑质心高精度定位具有重要的研究意义。本文提出了一种短波红外高精度光斑质心定位模型,对短波红外图像的非均匀性和盲元进行了校正,并量化了二者造成的定位误差;进一步基于模型进行了定位误差仿真,使用最新的640×512面阵InGaAs短波红外探测器,设计了用于卫星激光通信的新型光斑质心定位载荷。实验结果表明矫正后的图像非均匀性由7%降到0.6%,盲元剔除率达到100%,帧频可达2 000 Hz,光斑质心定位精度高达0.1像素点,实现了高帧频短波红外图像的高精度光斑质心定位。     

航空红外光电遥感技术最新进展

航空红外光电遥感技术具有可全天时工作、机动灵活、空间分辨率高等不可替代的优势,是遥感科学、国土监测、国防应用等领域的重要手段.发展航空红外光电遥感技术对我国的经济发展和国防建设至关重要.近年来,航空红外光电遥感技术发展很快,在高光谱分辨率红外成像和高空间分辨率红外成像方面取得了重大突破.高空间分辨率、高光谱分辨率、高时...     

基于长线阵单光子激光雷达的船舶特征识别与跟踪方法研究

近年来,针对水面船舶的目标跟踪是船舶自主航行中需要解决的一个重要问题。对于三维的环境感知,激光雷达有着其高分辨率和高精度等特征,长线阵激光雷达通过加上一维扫描,有着比单点和面阵激光雷达更大的视场,在环境感知上有着其独特的优势。由于水面船舶的特征等信息与地面目标的特征不一致,且相关的数据集较少,目前常用的拟合方法无法有效地针对水面目标的特征进行有效感知。文中根据单光子点云以及远距离目标探测的特征提出一种高效的船舶目标跟踪方法。该方法基于近邻点的同步聚类及去噪的方法,并基于船舶的几何特征先验知识通过船舶特征点面提取的方法进行拟合,进一步降低了噪声的影响。结合扩展卡尔曼滤波以及速度估计方法,实现了600 m范围内目标的实时稳定的轨迹跟踪,跟踪均方根误差(RMSE)为0.5 m,单帧处理时间1.02 s,满足工程实时性的需求。并在复杂环境下进行测试,对大型船舶仍有较好的跟踪效果,效果优于常用拟合跟踪方法。为后续智能船舶自主航行提供更完善的信息,实现船舶更好的障碍避让、路径规划。