机载激光水深测量精度分析

分析了机载激光水深测量系统中的深度反演方法，着重讨论波浪潮汐改正法和利用动态全球定位系统-相位模糊度解算技术(KGPS-OTF)所测参量进行归算的方法(无修正法)。综合分析影响机载激光测深精度的各项参量，并利用机载激光雷达的技术参数，定量估算了两种方法的水深提取精度。结果表明，波浪潮汐改正法的精度略高于无修正法，但是无修正方法更加简单明了，数据后处理的计算量也可大大减小。     

星载单光子激光雷达浅水测深技术研究进展和展望

在浅水测深技术中,星载激光测量系统可以覆盖一些机载/舰载系统难以到达的偏远水域,具有比被动光学影像水深测量精度更高、可全天时工作等独特的优势。以稀疏而少量的主动星载激光测量值为水深标定点,融合被动星载遥感影像,主被动融合的浅水测深是当前的趋势。本文首先介绍了星载单光子激光雷达的工作范围、物理参数和数据产品,概述了测量原理,综述了现有的星载单光子激光雷达测深的理论传输模型,对比了不同的点云数据去噪处理算法的优劣,归纳了星载融合测深反演技术在不同环境中的应用,总结了当前存在的问题,并对该技术未来的前景和发展方向进行了展望。     

机载激光测深系统

机载激光测深系统，是２１世纪测绘浅水海域海底地形的先进技术装备。本文论述了它的作用敌后，并讨论了机载ＧＰＳ动态载波相位测量在激光测深中应用的可能性。     

机载GPS／激光测深系统的设计与测深精度理论分析

介绍了机载GPS／激光测深系统的组成,包括机载激光测深、机载GPS定位测姿、机载测量数据集成处理和机载数据通信控制四个子系统。通过对影响机载GPS／激光测深系统测深精度的理论分析,得出了平均海平面的确定、海水深度的测量误差等影响测漾精度因素的定量分析结果,并依据该分析结果,得出了机载激光测深系统应该尽可能采用较窄的激光脉冲、较小的光学接收视场角和滤光通带宽度,以此减小海面背景噪声光的有害干扰,提高激光探测的信噪比,确保精确测定海水深度。     

机载激光测深系统中的精确海表测量

讨论了机载激光海洋测深技术中采用红外激光测量海表的精度和探测概率。首先介绍了机载激光测深系统中红外激光测距的原理以及计算方法;分析了不同扫描角、海况(尤其是不同风速)下斜距的测量方法、测量精度及对回波信噪比的影响,分析了在给定探测概率下甄别阈值的选择以及探测概率和信噪比的关系。最后用机裁激光测深系统的参数对海表探测进行了数值模拟和讨论,提出了改进措施。     

新型机载激光测深系统及其飞行实验结果

新研制的机载激光测深系统与第一代机载激光测深系统相比,在探测信号采集率、浅水测量能力、测点定位精度和系统的自动化方面都有较大的提高。新系统采用1000 Hz激光器以提高测量密度,分设深水浅水双通道接收回波信号以提高浅水探测能力,装配高精度的惯性导航系统(IMU)和全球定位系统(GPS)提高了测点的定位精度和深度精度,数据后处理进行了潮汐改正和波浪改正提高深度测量的精度。系统在某海域进行了多次飞行实验,实验数据经过分析和处理,得到了比较满意的结果,表明该激光测深系统在测深精度和测量效率等方面,已经接近实用化。     

用于机载激光测深系统的时间间隔测量模块

机载海洋激光测深系统不仅要求精确测量激光从海表的入射点到海底目标点之间的距离,还要精确测定飞机到海表入射点之间的距离,为水深数据的海浪校正而确定平均海平面以及波高。为此设计和研制了一高精度时间间隔测量器,该单元基于专用时间数字转换芯片开发,采用延迟线插入法技术,双通道工作,具有高时间分辨率(最高可达250ps)和高测量重复率的特性。给出硬件和软件设计方法以及单元的测试结果。     

机载激光测深试验

描述了机载激光测深实验系统的结构及性能指标,报道了机载激光测深实验结果     

机载激光测深唯像雷达方程

依据机载蓝绿激光测深脉冲的传输过程，将激光束在海水中向下和向上传输视为二个不同的传输过程，并利用水下激光束传输唯像模型和水下有限尺寸光源的距离定律，建立了机载激光测深唯像雷达方程，该方程可更精确地计算机载激光测深的能力和较全面地分析影响机载激光测淇深能力的诸因素。     

激光海洋测深

激光海洋测深仪是一种快速便宜的海深勘测系统,对绘制沿海区域海图有重大意义。本文介绍美国海军正在研制的机载激光海洋测深系统,此系统已接近完成并正进行组装和飞行试验。     

宽脉冲光子计数偏振激光雷达探测浅水层研究（特邀）

由于受激光脉冲宽度的限制,传统激光雷达无法实现几十厘米的浅水层测量。设计了一个双Gm-APD光子计数偏振激光雷达系统,采用宽脉冲获取薄浅水层的高精度距离像。浅水层的表面光滑,能够保偏;底面粗糙,将发生退偏。根据该偏振现象,通过发射水平线偏振光,接收系统中采用一个偏振分光棱镜将前后表面信号光分离,然后分别被两个Gm-APD探测。该系统不受信号光的脉冲宽度限制,并充分利用Gm-APD的死时间机制,针对超薄浅水层实现三维深度测量。利用基于穆勒矩阵和斯托克斯参量表示的偏振传输原理,理论分析了双Gm-APD偏振激光雷达的分光原理。采用信号复原质心算法抑制距离漂移误差获取高精度距离信息。对于深度从4.5cm变化到8 cm渐变的薄浅水层,底面覆盖了黑、白沙子,探测距离为5 m,在实验上采用6 ns激光脉冲获取了薄浅水层的高精度距离像,测距精度为0.8 cm,有效验证了方案的可行性。该方案能够为机载海洋测绘激光雷达的浅水层测量提供一定借鉴。     

全波形机载激光雷达数据处理技术的研究进展

全波形机载激光雷达可以直接快速获取地面特征点的3维空间位置,相比于其它测绘方法,全波形机载激光雷达在一定程度上性能更优。首先介绍了全波形机载激光雷达激光测距的工作原理,随后讨论了全波形机载激光雷达数据处理的一般性方法,并总结了其数据处理技术国内外研究现状的主要进展,最后归纳了全波形激光雷达数据处理研究中的关键问题,在此基础上对其数据处理的研究前景进行了展望。     

Two-dimensional signal processing techniques for airborne laserbathymetry

The application of two-dimensional (2D) signal processing to data collected in airborne laser bathymetry is investigated. Specifically, a type of 2D filter for the suppression of impulsive noise in irregularly-spaced data based on order-statistics filtering is developed. An algorithm which incorporates this type of filter along with a sophisticated 2D interpolation technique is constructed to automate the filtering process. An adaptive 2D filtering technique that can be applied to raw bathymetric profiles to remove wideband noise is then discussed. The results obtained show that each type of filtering enhances the accuracy of bathymetric measurement quite significantly     

机载激光测深后向散射光雷达方程

根据《海水中光束传播唯象模型》和水下辐射度反射率定律，将海水中任一深度的激光束，分为准直光部分和非准直光（散射）部分，并分别计算机载光学接收系统接收到的准直部分和非准直部分的后向散射功率，建立了机载激光测深系统后向散射光雷达方程。通过对该雷达方程的分析，得到了当海水深度以衰减长度的个数表示时，机载激光测深系统接收到的海水后向散射光功率最大值点对应的水深与海水的单粒子反照率有关，而与海水的衰减系数无关的结论，以此可测定海水散射系数、吸收系数。文中也分析了系统视场角对后向散射包络的影响，阐述了后向散射包络以有效衰减系数指数衰减，而不是以光束衰减系数指数衰减。     

光子计数激光测深系统

设计了一套基于光子计数探测体制的激光雷达水深探测系统,该系统工作波长为532 nm,单脉冲激光能量为0.5 J,脉冲宽度为400 ps,激光重频为10 kHz,单光子探测器死时间为22 ns,时间间隔分辨率为50 ps。首先介绍了光子计数探测体制激光雷达用于水深探测的基本原理及其相对于传统机载激光测深雷达的优越性;然后分析了水底回波信号产生的平均光电子数与系统单脉冲激光能量的关系,从而理论求取出该系统的极限测深能力为3.7 m左右。最后进行了外场实地试验,对所获激光雷达点云数据进行滤波和解算,成功测得了透明盘深度为1.2 m的浑浊水体深度为2 m以内的水下信息。