全波形激光雷達航測系統一問世，備受學者關注

發布日期：2019-06-27 00:00 瀏覽量：15252

激光雷達航測技術作為近年來發展起來的新興技術，將激光技術與測繪技術集于一身，集成了全球定位系統、高精度掃描儀、三維激光測距儀和慣性導航系統，通過發射激光束測量雷達系統與地物目標之間的距離和位置等特征信息，進而獲取高精度的地物三維空間信息。

相對于微波雷達而言，激光雷達在測量精度、分辨率和抗干擾能力等方面具有一定的優勢，所以成為獲取地球空間信息的重要技術手段之一。

自2004年第一臺全波形機載激光雷達測量系統一經問世，立刻引起了眾多學者的關注，開啟了對全波形激光雷達數據處理研究與應用的新時代，全波形機載激光雷達航測系統與傳統的激光雷達相比，用戶可以根據需要對回波波形進行分解以得到多個感興趣的信息。飛燕航空遙感18年5月引進了全世界最先進的全波形機載激光雷達航測系統VQ-1560i。

對于離散回波信號，傳統激光雷達僅僅記錄了有限次的離散回波信號( 通常是第 1 次和最后一次); 而對于全波形機載激光雷達航測系統，發射端發出的激光束在與其光斑照射范圍內的多個地物目標相互作用之后，系統接收端則以較高的采樣頻率對回波進行采樣并數字化，從而得到與地物目標作用的先后順序相同的回波信號。

若不同高度的地物目標間距很近，則系統接收的回波信號往往是多個小波疊加的結果，加之各種噪聲的影響，因此必須對回波數據進行有效分解和處理，以將每個地物目標的回波從接收到的波形數據中一一分離，用以準確獲取每個地物目標的相關信息。

全波形機載激光雷達航測數據處理方法

目前，全波形機載激光雷達的數據處理方法主要有兩種: 反卷積法和波形分解法。這兩種方法均可以得到較為理想的結果，但在原理和處理過程上有所不同。

反卷積法

假設全波形激光雷達的發射脈沖和地物目標的作用過程等效于一個卷積的過程，回波信號的波形則是發射波形與地物目標的卷積響應，在發射波形和回波波形已知的情況下，所需了解的地物目標的特征就是求解反卷積的過程。

ZHOU全面比較了直接分解法、理查德森-路西( Ｒichardson-Lucy，Ｒ-L) 反卷積法和戈德反卷積法 3 種方法; 實驗結果表明，當空間差異在 0． 5m ～ 1m 范圍時，直接分解法的性能優于其它兩種，在植被分布稀疏的區域，Ｒ-L 反卷積法表現較好，而戈德反卷積法在植被分布密集的區域具有較好的表現，且能夠獲得的有效回波數量更多。

雖然反卷積法受雷達系統參量和自然環境特征的影響較小，但由于反卷積法實現復雜，所以反卷積法在數據分解處理方面的研究與應用還有待進一步完善。

波形分解法

波形分解法中，回波信號的波形看作為光斑照射范圍內不同地物目標對發射激光脈沖散射后的綜合作用結果。波形分解方法是將回波波形分解成為一系列的分量和噪聲和的形式，其中，每個分量代表光斑內不同地物目標的相應的回波信號，通過提取每個分量即可達到提取相應地物目標結構特征信息的目的。

波形分解法主要有 3 個步驟:

( 1) 回波波形去噪;

( 2) 參量初值估計;

( 3) 優化參量擬合回波波形。

在獲取高時空分辨率的地球空間信息上，全波形機載激光雷達航測技術的發展為此提供的全新的技術手段，數據的獲取從傳統人工測量變為自動獲取，并朝著智能獲取的方向發展，提高了地物目標的觀測精度和速度，同時可以快速地獲取地面特征點的三維空間位置和地表的形態特征，因而在遙感測繪等領域具有明確的應用前景，并已得到了廣泛的關注和快速的發展。

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