09LIDAR应用模型及案例.ppt

海底测量干扰因素 水深获取的关键取决于精确测量海底脉冲。从激光雷达方程看出，影响水深测量的因素很多，除激光发射功率、光学接收效率、视场角匹配等之外，还有以下因素对目标信号带来严重干扰： ①在混浊海水中，水体散射信号往往比目标反射信号大，因此必须对海水的后向散射进行抑制。一般采用光电探测器的变增益方法，对目标之前的信号采用小增益放大，而目标信号采用大增益放大。 ②海水的衰减系数大，目标信号与海表信号强度差5～7个量级，而一般数字化仪的动态范围为2～3个量级，因此必须对信号的动态范围进行压缩，才能保证对目标信号的有效采集。采用对数放大和变增益控制，使信号的动态范围压缩到与数据采集系统的动态范围相当，可以实现目标信号的有效采集。 海底测量干扰因素 ③太阳等背景杂散光对测量造成严重影响，强烈的背景光还会造成光电探测器的疲劳。因此一般采用窄带滤光器滤除背景光，滤光器的中心波长必须与激光的发射波长相匹配。 上述技术是海洋激光雷达系统的关键技术。如果解决不好，将直接影响海洋激光雷达的性能指标。对机载系统，激光扫描也是关键，要求有哪些信誉好的足球投注网站范围大，速度快。这就要求，一方面需提高激光发射的重复频率，另一方面应采用好的扫描方式。在目前的海洋激光雷达中，逐点或圆形扫描是最常用的方式。 海洋激光雷达叶绿素浓度测量方法 在所有的海洋生物中，浮游植物占有特殊的地位，为观察海洋生物量的分布，调查者一般借助于测定海水中的叶绿素浓度来作为浮游植物生物量的指标。传统的仪器分析技术，如分光光度法、荧光分光光度法和色谱分析，虽然精度能满足要求，但这些方法依靠逐点采样测量的方式，且分析速度很慢，故很难应用于大面积水域的现场探测。 遥感技术正好弥补了传统方法的不足，可以对大面积，甚至全球范围内水域进行叶绿素a浓度进行实时或动态监测。海洋激光雷达是进行叶绿素浓度测量的主动遥测设备，也是目前研究的一个热点。海色遥感卫星的发射，需要精确的地面遥测手段作为印证，激光雷达系统又可作为重要的印证设备。 海洋激光雷达叶绿素浓度测量原理 532nm的激光发射到海水中，除了532nm处的海水粒子散射外，还有水分子的喇曼散射、叶绿素分子的荧光以及其它生物分子的荧光。叶绿素分子在685nm处的荧光强弱与叶绿素浓度密切相关，因此可以通过记录叶绿素分子在685nm的荧光信号来获取叶绿素浓度信息。? 海洋激光雷达叶绿素浓度测量原理 假设海洋激光荧光雷达放在海面以上Hm的平台上，接收海面以下rm深度叶绿素分子激发的荧光功率，则激光荧光雷达接收到的激光荧光信号为 其中Pf为激光雷达接收到的荧光信号功率；Pt为激光雷达发射脉冲功率；σf为海水叶绿素荧光散射截面面积；C为叶绿素浓度；k为海洋漫射衰减系数；Kf为在荧光波长(685nm)海洋漫射衰减系数；△r为激光雷达探测距离分辨率；H，A，n同前。 海洋激光雷达叶绿素浓度测量原理 ①背景噪声和其它噪声已从测量信号中剔除； ②荧光激励在685nm只是由叶绿素a分子引起的； ③激光脉冲宽度大于荧光寿命。 从喇曼/荧光比得到的叶绿素浓度是个相对量，精确浓度必须经过严格定标后才能得到。 LiDAR林业上的应用 林业应用机载L IDAR 系统进行该领域调查研究是目前的热点。如地面上或树冠上的三维精确信息, 对林业和自然资源管理是非常重要的。树的高度和密度的精确信息也是至关重要的, 用常规技术来做是相当困难的。机载L IDAR 系统不像雷达、多光谱成像和航空摄影, 它可以对树冠下方的地面以及树高同时测量。数据的后处理允许分析和对各个激光返回脉冲进行分类和滤波, 能产生裸地的DTM或精确导出植被参数如树高、树的密度、树冠直经、森林边界和生物量评估。 　林业用激光雷达工作原理 用于林业的激光雷达主要有2 类:记录完整波形数据的大光斑激光雷达与仅记录少量回波的小光斑激光雷达。 前者主要通过回波波形用于反演大范围森林的垂直结构与生物量等参数,后者则利用高密度的激光点云进行精确的单木水平上的高度估测等工作。 大光斑激光雷达系统 大光斑激光雷达系统一般指光斑直径在8～70 m、连续记录激光回波波形的激光雷达系统。回波记录的时间间隔决定了激光点内物质被感知的详细程度,每一时刻的回波都对应着一个强度- 时间波形并且代表着该激光点范围内的一个截面面积。如左图所示,森林的激光回波波形指示着从树顶开始,通过树冠、林下植被,最后是地面回波的森林垂直结构。由于大光斑连续回波的激光雷达的光斑通常都大于林木冠幅,波形中往往包含了森林冠层和许多森林元素的信息而不仅仅是单株树的信息。 大光斑激光雷达系统趋势 目前的大光斑激光雷达系统是以美国为首进行发展,主要有NASA 机载的LVIS 系统、SLICER 系统和星载的GLAS 系统。其中LVIS 系统和SLICER 系统的光斑大小在8～25