【摘要】：激光雷達(dá)作為一種先進(jìn)的主動(dòng)遙感技術(shù),可以快速獲取目標(biāo)的三維信息,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測(cè)繪的各個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的林業(yè)資源調(diào)查需要消耗大量人力、物力,而且調(diào)查區(qū)域多為預(yù)設(shè)樣地,耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng),難以進(jìn)行大規(guī)模的森林觀測(cè),無(wú)法滿足對(duì)森林植被參數(shù)實(shí)時(shí)觀測(cè)的需求。星載激光雷達(dá)具有精度高、速度快、穿透性強(qiáng)的特點(diǎn),可以快速獲取全球范圍森林結(jié)構(gòu)信息,從而在林業(yè)資源調(diào)查和植被參數(shù)提取中得到了廣泛應(yīng)用。本文對(duì)星載激光雷達(dá)的發(fā)展及其應(yīng)用進(jìn)行了梳理,闡述了激光測(cè)高衛(wèi)星的原理和組成以及誤差改正,重點(diǎn)研究了星載激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)的解算和處理,并結(jié)合波形特征參數(shù)提取森林植被冠層高度。論文主要研究?jī)?nèi)容及工作如下:(1)概述星載激光雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展歷程,綜述了以GLAS為主的大光斑激光雷達(dá)對(duì)植被冠層高度提取的應(yīng)用。簡(jiǎn)要的討論了激光測(cè)高系統(tǒng)的測(cè)高原理、組成結(jié)構(gòu)、定姿定位、誤差控制與改正,對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、姿態(tài)調(diào)整、潮汐改正和大氣校正部分進(jìn)行了公式推導(dǎo)。(2)對(duì)激光測(cè)高衛(wèi)星的波形數(shù)據(jù)處理進(jìn)行詳細(xì)闡述,包括了對(duì)波形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、去噪、濾波、擬合、分解等算法的研究;基于波形分解的結(jié)果對(duì)主要的波形特征參數(shù)進(jìn)行了總結(jié);對(duì)激光雷達(dá)的回波數(shù)據(jù)輻射機(jī)理展開(kāi)了研究,分析了激光脈沖從發(fā)射到接收,兩次穿過(guò)大氣并與地物相互作用的全過(guò)程,推導(dǎo)了激光雷達(dá)方程;結(jié)合激光傳輸模型,討論了激光回波仿真的原理和模型構(gòu)建,并重點(diǎn)闡述了對(duì)地表建模的過(guò)程。(3)將激光測(cè)高波形數(shù)據(jù)用于森林冠層高度提取,根據(jù)波形參數(shù)建立了冠層高度估測(cè)模型,分析激光測(cè)高衛(wèi)星波形數(shù)據(jù)提取森林植被參數(shù)的能力,并通過(guò)野外實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。利用森林回波提取的波形參數(shù)受地形影響較大,對(duì)于復(fù)雜的森林地形,模型參數(shù)不夠穩(wěn)定,估測(cè)結(jié)果得R2為0.78,RMSE為2.92,因此本文參考一種新的思路,采用裸地仿真回波作為輔助數(shù)據(jù),構(gòu)建受地形起伏影響較小的輔助模型,最終得到估測(cè)結(jié)果R2為0.89,RMSE為1.21。最后將GLAS與LandSat-TM聯(lián)合繪制出森林冠層高度分布圖,并對(duì)估測(cè)結(jié)果進(jìn)行了討論和分析。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S771.8
【圖文】：

能大同小異，通常由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、姿態(tài)以及位置控制系統(tǒng)組成逡逑［５３］。下文以目前廣泛使用的ＧＬＡＳ系統(tǒng)為例來(lái)闡述星載激光測(cè)高系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及逡逑作用，ＧＬＡＳ結(jié)構(gòu)如圖２－１所示。逡逑３０．１７”逡逑Ａｉｒａ邋１．１１１１２邋ｒａｄｉａｔｏｒ邐＊邐？逡逑Ｆｏｒ邋１．１４ｍ２邋ａｄｄ邋１２Ｓ＂邋ｔｏ邋２９．６＂逡逑Ｆｏｔ邋Ｕ６ｎｒ邋ａｄｄ邋１邋＾邋ｌｏ邋２９．６＂邐／邐逡逑／邐邋４８．６”逡逑．Ｓ＇Ｔｒ＾ｄ逡逑６ｒ逡逑＊９．４”邋’卜邐２９．６”邐＾逡逑圖２－１邋ＧＬＡＳ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［５４］逡逑２．１＿１發(fā)射系統(tǒng)逡逑星載激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)主要由激光器、導(dǎo)入與合束系統(tǒng)、對(duì)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、擴(kuò)束系逡逑統(tǒng)、庫(kù)德光路系統(tǒng)和快速反射鏡等組成。激光器是激光測(cè)高系統(tǒng)的核心部件，是影響激逡逑光雷達(dá)探測(cè)能力的關(guān)鍵因素，導(dǎo)入與合束系統(tǒng)將激光導(dǎo)入并通過(guò)合束鏡合成一路激光輸逡逑出給對(duì)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)激光光路進(jìn)行監(jiān)測(cè)并校正光路偏差，擴(kuò)束系統(tǒng)將激逡逑光光束直徑放大，從而降低庫(kù)德系統(tǒng)中反射鏡的損耗，最后激光通過(guò)庫(kù)德光路系統(tǒng)并以逡逑預(yù)定方向出射，在此過(guò)程中需要多個(gè)光學(xué)反射鏡和透鏡的配合使用［５３］。逡逑由于星載激光雷達(dá)對(duì)地觀測(cè)距離較遠(yuǎn)，需要激光器以較高頻發(fā)射高能的短脈沖激光，逡逑以保證較高觀測(cè)分辨率，同時(shí)還要考慮平臺(tái)載荷能力的限制，因此對(duì)激光器穩(wěn)定性、散逡逑熱能力、體積、重量都提出了很高的要求。ＧＬＡＳ系統(tǒng)采用了邋Ｎｄ：ＹＡＧ激光器

逑式，發(fā)射脈沖波長(zhǎng)分別為ｌ0６４ｎｍ和５３２ｎｍ，其中１０６４ｎｍ激光主要用于對(duì)地表觀測(cè)，逡逑而５３２ｎｍ激光用于探測(cè)高空氣溶膠的分布情況，ＧＬＡＳ激光器如圖２－２所示。逡逑＾邐n牛垮澹疲睿澹潁紓澹藉澹罰靛澹恚赍澹保埃叮村澹睿�，３５邋}幔赍澹厘澹櫻常玻錚礤義蟸k？邋Ｒｅｐ邋Ｒａｔｅ邋＝邋４０邋Ｈｚ逡逑：邋？：＾，Ｖ逡逑＝二逡逑１＾：邋？邋Ｐ0＇ｎ？ｉｎＳＳｌａｂｉ？ｉｔｙ邋＜５＾ｒａｄ逡逑！邐．邋■■邐？邋Ｖａｃｕｕｍ邋ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ邋ｄｔｓｉｇｏ逡逑：邋？邋Ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋ｂａｒｄ邋ｄｅｓｉｇｎ逡逑圖２－２邋ＧＬＡＳ激光器示意圖［５４］逡逑２．１．２接收系統(tǒng)逡逑激光接收系統(tǒng)通常由光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、窄帶寬的濾波片光電探測(cè)器組成。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡用逡逑于接收目標(biāo)地物反射的回波脈沖，相比發(fā)射激光脈沖，地物漫反射的回波光子能量非常逡逑弱，因此需要用大口徑望遠(yuǎn)鏡才能有效探測(cè)激光回波。望遠(yuǎn)鏡接收激光回波脈沖，通過(guò)逡逑窄帶寬的濾波片進(jìn)行去噪，最后被光電探測(cè)器接收。逡逑ＧＬＡＳ采用了邋ｌｍ邋口徑的望遠(yuǎn)鏡，并在鏡面上涂了高反射率的光學(xué)薄膜來(lái)X椙抗庾渝義銜漳芰�。�

本文編號(hào)：2739907