武汉大学遥感院-激光遥感解说.doc

第一章 绪论 激光 激光遥感与其他技术（RS）异同 应用现状： ①森林监测与管理 ②构建数字城市模型 ③湿地、限制进入地区、危险区域 ④油气管道勘测 ⑤洪水灾情预测（洪水制图，灾害评估） ⑥海岸线监测与制图 ⑦电力线参数提取 ⑧古文物保护 ⑨真正射影像制作 ①红宝石激光器（军事上应用）：激光测距仪，激光致盲器，激光制导器，激光告警设备，激光干扰设备，电子战装 ②环境监测方面 ③飞行器制导，直升机防撞，目标三维重建，地形地貌测量 Lidar技术特点： ①全天时，全天候获取地面三维数据 ②能部分穿透植被，同时测量地面和非地面层 ③很少需要进入测量现场，不需要大量地面控制点 ④精度较高 ⑤能快速获取数据，24小时内可提取测区的DEM数据 lidar基本特点： ①集成RS和GPS技术，数据可直接作为GIS的数据源，提高地理数据的自动化，加快处理速度 ②能接受无穷次回波 ③一个飞行日能采集高达200G的数据 ④高速度，高性能，高精度，长距离的航空测量设备 ⑤无需光照条件或专门的太阳高度角 ⑥可在白天、夜晚或相当恶劣的条件下作业 ⑦全数字化 ⑧数据密集：典型激光光斑中心间距为0.5m到5m ⑨精度：针对地物建模应用情形，典型精度达15cm ①机载平台：易于快速获取地表数据 ②可在反射率较低的地区工作 ③可对细小目标进行探测 ④宽视场角：飞机倾角可稳定补偿 技术发展 ①20世纪70年代，卫星激光测距（阿波罗登月计划） ②1980-1988，机载lidar可能性研究 ③1990，斯图加特大学研制成功收个激光断面测量系统 ④1993 年，德国出现首个商用LiDAR 系统TopScan（ALTM 1020） ⑤1995 年，全球有5 套商用LiDAR 系统 ⑥1999 年，全球约有30 几套商用LiDAR 系统 ⑦2001 年，全球约有75 个公司使用了60 几套商用LiDAR 系统 ⑧2002 年，全球约有120 个公司使用了75 几套商用LiDAR 系统 ，年平均增长率为7.1％ ，市场份额从5 ％增长到12% ⑨目前国内已引进20 余套机载激光雷达系统 7、激光特点： ①单色性、方向性、相干性 ②具有很高的单光子辐射能量 ③在大气传输中很少发生绕射 微波遥感的局限性 ①波长长，能量子能量少 ②不足以与目标发生生化左右，无法探测目标的生化特性 ③传播时，遇尺寸小于波长的物体，更易于发生衍射 激光雷达光源 ①可见光波段He-Ne和Ar激光器 ②短波红外波段Nd：YAG激光器（最成熟） ③长波红外波段CO2激光器 ④二极管泵浦固体激光雷达（DPL）（发展重点）： 无需制冷，不易受环境影响，对人眼安全，大气消光比低，可采用光纤光路和集成光学技术，结构小制作成本低，高稳频、高功率、高效率和高光束质量，可距离、强度成像 11、激光成像雷达基本结构 激光成像雷达关键技术 ①高功率和高波束质量的辐射源（激光发射器）： 1气体（CO2，大气传输性能好，尺寸大、需低温制冷） 2固体（Nd：YAG，不同波长可分别研究大气散射、海洋勘测、测污） 3半导体二极管激光器（体积小，寿命长） ②高灵敏度接受技术（成像探测器）： 1单元（每次获得一个像素的数据，产生距离图像、强度图像） 2面阵（二维阵列，成像像素多，成像速率不高时采用） 3阵列探测器（将发射光分为N束，同时照射N点，得到N个像素的距离强度信息，及二维信息，对扫描器要求高，可实现高速高分辨率成像，技术难度大） （高成像速率和高分辨率怒能同时满足，单元探测器时这一矛盾更加突出，面阵探测器在速率不高分辨率高情况下采用） ③高性能二维扫描技术（扫描系统）： 1力学（反射镜转动、摆动，体积大） 2声光（不包含机械运动，扫描角小，扫描速度快，耗电量大，需做冷却处理） 3二元光学（将一束光分为多束，扫描速度快，扫描较小，体积小） ④图像处理及目标识别算法（数据处理技术） 激光成像雷达发展类型 ①扫描激光雷达： 单元探测器，通过平台运动和扫描实现一定探测范围的成像 ②凝视激光雷达： 需控制发射激光，使发射光覆盖整个成像区域，通过面阵探测器接收回波，通过飞行时间测量或调制解调手段实现并行测距，得到目标三维图像。较传统扫描方式需要机载运动扫描镜等，凝视成像实现“瞬时”成像，结构简单，成像速率高，分辨率高 ③合成孔径激光雷达： 在距离向上发射大时宽带宽信号，对回波信号进行脉冲压缩得到距离向高分辨率；方位向上利用雷达平台与目标之间的相对运动，记录平台不同位置的目标回波信号，经相关的数据处理在空间上合成一个虚拟的大孔径，实现方位向聚焦，获得方位向的高分辨率。突破实孔径的衍射极限，当观测距离达到数百公里甚至更远时，它是唯一能够在有限的光学孔径条件下获得厘米级分辨率的光学成像手段。 14、为何发展激光成像集成系统 激光成像集成系统：