基于纯转动Raman激光雷达的中低空大气温度高精度探测

本文介绍了一套纯转动Raman测温激光雷达系统,通过高分辨光谱分光与滤光优化设计、收发精确匹配以及弱信号检测等技术,实现在武汉城市上空从10km至40km的中低空大气温度高精度探测.观测结果与同时段探空气球进行比对,在30km以下激光雷达探测温度与探空气球得到的温度数据吻合较好,最大偏差约为3.0K,表明了该激光雷达温度测量的可靠性.采用30min时间分辨率,在10～20km高度范围内温度统计误差约为0.3K（300m空间分辨）;20～30km统计误差约为0.8K（600m空间分辨）;30～40km统计误差约为3.0K（900m空间分辨）.通过整晚的温度廓线反演,为研究中低层大气中的波动现象提供依据.该转动Raman激光雷达实现了至40km高度的高精度大气温度探测,进一步可与Rayleigh测温激光雷达30～80km的高度衔接,为实现中低层大气连续观测研究提供了重要手段.

水稻叶绿素浓度对荧光光谱的影响（英文）

为了加强对水稻生长状况的监测,指导水稻的田间施肥,提高施肥利用效率,以增加农作物产量、提高粮食品质,实验室搭建了基于激光诱导荧光技术的荧光探测系统,以研究水稻叶片的叶绿素含量与荧光峰值比之间的相关性。文中测量样本为水稻分蘖期和拔节期的倒二叶,栽培地区位于中国江汉平原。文中先采用凯氏定氮法和相应公式结合测得水稻叶片的叶绿素含量(mg·g-1),再用搭建的荧光探测系统采集了水稻叶片不同叶绿素含量的荧光光谱(激发波长为355nm)。获得了水稻叶片在不同叶绿素含量下的荧光光谱数据库,定量分析了荧光峰值比F740/F685(荧光谱峰740nm、685nm处的荧光强度比)与叶绿素含量的相关性,发现叶绿素含量的变化对荧光光谱特性影响明显。由实验数据分析可知荧光参数中的峰值比(F740/F685)与叶绿素含量呈现很好的线性正相关,相关系数(R2)在水稻的分蘖期和拔节期分别达到了0.901 3和0.912 5。实验分析结果表明诱导荧光光谱技术具有方便、快捷、无损等优点,在农作物生长状况的遥感定量监测等方面也具有一定发展潜力。

原子控制光学信道在光电子系统中的应用

在许多光电系统中,如激光雷达、激光通信、光电探测等,对其滤光和鉴频的能力提出了越来越高的要求。采用传统的光学高分辨技术满足这些应用要求,存在高光谱分辨率与系统稳定性、技术复杂性、甚至成本的矛盾,而采用基于原子跃迁的高分辨光学技术(即原子滤光技术),可以在很大程度上缓解这一矛盾。在光电系统接收端采用原子滤光技术后,在其发射端也必须采用同种原子的同种跃迁控制激光波长,从而构成了原子控制的光学信道。介绍了原子控制光学信道的作用、原理、构成,以及几种采用原子控制信道进行高分辨率滤光和高精度鉴频的光电系统。

全波形激光雷达的波形优化分解算法

随着数据存储能力和处理速度的提高,三维激光扫描系统逐渐具备全波形采集和分析技术。为了从全波形数据中获得脉冲时间、幅度、脉宽以及多回波分布等综合信息,波形分解成为了全波形激光雷达数据处理的关键技术之一。针对LM算法在一定程度上依赖初值,而传统激光雷达数据处理容易遗漏部分重叠的返回波,本文提出了一种改进回波分量初值设定的算法来获取回波脉冲的位置、宽度和强度。针对一套自主研发的全波形记录激光雷达演示系统进行了波形分解试验,定性和定量分析结果验证了该方法的有效性、可靠性和准确性。

基于水稻高光谱遥感数据的PLS波长选择研究

对武汉地区不同生长状况下的水稻冠层进行了遥感监测,采用偏最小二乘(PLS)分析方法分别对水稻叶面氮含量、叶绿素含量进行了波长选择研究,并通过构建8种波长组合进行PLS水稻叶面氮含量反演分析和比较,选择出最合适的反演波长。多种波长(波段)组合进行叶面氮含量反演的验证表明,采用552 nm、675 nm7、52 nm7、76 nm的4波长组合是最适合叶面氮含量反演的波长选择结果,同时,采用光谱能量空间变换的形式能较好地改善波长选择的反演效果。

地物反射率探测激光雷达回波信号的小波去噪

从能量、图形、统计多角度出发,提出了由信噪比、平滑度等6项指标组成的小波消噪效果评价体系,对各算法去噪后信号作出全面客观评价。实验结果表明,基于3σ准则的阈值法与模极大值法相结合的小波去噪方法可以有效地去除噪声,效果优于其他方法。

机械斩波在大气探测激光雷达中的应用

激光雷达为了探测更高大气层段的回波信息,通常采用大功率激光器发射和大口径望远镜接收来增加回波信号强度,然而会带来低空强散射回波信号光饱和的问题。机械斩波方式从光学上巧妙地完全阻断了低空杂散光,而让高空回波光全部通过,有效提高了激光雷达高空探测能力。对斩波器原理进行理论分析,并组建了一套斩波单元。经测试,测试结果与理论计算符合得很好。将此斩波单元直接运用于高空探测激光雷达之中,实现了对低空强散射光的有效隔离,解决了光电探测器在低空大气层段探测的饱和甚至致盲问题,有利于提高激光雷达的探测高度和精度。

新型对地观测多光谱激光雷达及其控制实现

提出新型对地观测多光谱激光雷达,采用556nm、660nm、705nm和785nm共4个波长,进行不同波长同时收发及扫描、测距设计,通过对扫描、测距及多光谱数据采集等操作的有效控制,实现了地物三维空间数据和多光谱数据的同步获取,并且通过地面实验对多光谱激光雷达的性能进行了展示,验证了系统设计及控制实现的可行性及优势。

多光谱对地观测激光雷达接收通道选择方法

多光谱对地观测激光雷达是一种新型植被监测手段,其应用越来越广泛。现有多光谱对地观测激光雷达系统大多采用光栅分光、多通道光敏阵列探测的数据接收模式。单纯地增加接收通道以提高光谱分辨率、增加接收光谱范围会带来数据冗余、系统集成难度大以及成本过高等问题。讨论了如何确定通道数目并通过闪耀光栅以及中心闪耀波长的选取将特征波长调节至合适通道的中心位置;同时,利用基于主成分分析的特征权重波长修正方法,对落在通道外或不在通道中心位置的特征波长进行修正。在不减少植被光谱信息的前提下,此过程可提高信息接收的有效性,还在一定程度上对波长选择理论进行了补充,提高了多光谱对地观测激光雷达系统在实际应用中的适应性。

高空钠激光导星的制备与成像研究

本文在首先分析了高空钠层光谱特性和激光光谱的基础上,提出要获得最大激光导星回波信号,激光频率与钠原子频率应满足的匹配关系.采用智能化激光锁频的方式实现了钠层激光导星的制备,采用成像望远镜和单反相机,获得了钠层激光导星图像.同时,借助于激光雷达这一有利工具,获得了钠导星制备与成像中的激光能量、回波光子数等重要参考数据.

日全食期间武汉钠层和电离层联合观测结果

利用全天时钠层荧光激光雷达和GPS电离层探测仪,在2009年7月22日武汉日全食期间,开展钠层与电离层的联合观测试验.观测结果表明,钠层密度半高全宽在日全食过程中稍有变窄,而日全食过后增宽,钠层峰值高度在日全食过程中稍有降低,日全食过后高度略增,钠层变化特性表现出快速的日出日落过程.电离层电子总含量和天空背景光噪声也随日全食期间太阳辐照的变化而呈现出明显下降和上升的波动特征.所不同的是,钠层原子的这种半宽度起伏变化要比电离层的变化迟缓得多,这可能是由于钠层受到日全食辐照扰动后,会产生一系列复杂的光化学反应及动力输运过程,再复合成钠原子被激光雷达探测到,有一个滞后过程,这也正好与理论模拟的结果相符.

基于LabVIEW实现的多光谱激光雷达数据采集与处理系统

针对激光雷达在物性信息探测方面的缺陷,提出了一种新型多光谱激光雷达用于地物探测,兼具三维空间探测能力和物性探测能力。随着探测波长增加,多光谱激光雷达数据采集与处理对整个系统的运行至关重要。根据多光谱激光雷达系统结构原理,基于图形化编程语言Lab-VIEW,进行数据采集与处理系统单元及整体设计,实现系统功能需求。通过实验运行,数据采集与处理系统的运行良好,同时多通道回波信号的采集也进一步验证了多光谱激光雷达的物性探测能力。

机载高光谱激光雷达成像技术发展与应用

高光谱激光雷达作为一种新型的主动式对地观测技术手段,结合了传统激光雷达三维空间信息获取和被动高光谱成像技术的优势,可实现高空间分辨和高光谱分辨的一体化成像探测,已成为未来遥感技术发展的重要方向。首先,从激光雷达空谱一体化数据获取技术研究进展出发,论述了高光谱激光雷达成像技术的发展历程并分析了其独特的优势。随后,结合机载平台应用发展,针对机载高光谱激光雷达系统研制中的关键技术难点,对激光发射单元、接收探测单元和数据处理单元的发展进行了阐述。最后,面向该新型遥感技术的未来发展前景,重点分析了机载高光谱激光雷达在地物覆盖分类、植被遥感监测、海洋资源探测和军事目标侦查等领域中的重大应用潜力,并针对其未来推广应用进行了展望与分析。机载高光谱激光雷达凭借其空谱一体化数据获取优势,将来有望发展成为一种新型遥感技术门类。

对地观测高光谱激光雷达发展及展望

对目标空间三维—光谱信息的高分辨一体化获取与应用,是对地观测技术发展的前沿科学问题。结合高光谱成像与激光雷达测距的技术优势,对地观测多光谱/高光谱激光雷达遥感技术手段应运而生,并成为遥感技术未来发展的重要方向。本文分3个阶段详细回顾了对地观测高光谱激光雷达系统的发展历程,并针对其独有数据类型阐述了数据处理研究方面的探索研究。最后,重点分析了高光谱激光雷达在测绘领域、农林业领域的重大应用潜力,展望了未来对地观测高光谱激光雷达发展面临的机遇和挑战。

基于颜色聚类的多光谱激光雷达点云去噪

多光谱激光雷达可以直接有效地获取包含光谱信息的激光点云,已成为激光雷达成像技术发展的新趋势。这种新型的多光谱激光雷达所获取的点云具有更丰富的光谱和色彩信息,同时也对点云的数据质量提出了更高的要求,其中点云去噪成为提高数据质量的关键。传统的单色点云去噪算法主要是利用空间信息对噪声进行去除,但是不适用于多光谱激光雷达点云。提出了一种基于颜色聚类的多光谱激光雷达点云去噪算法。首先,根据多光谱激光雷达获取的光谱信息反演出包含颜色信息的点云;其次,利用色差将点云进行聚类,经过聚类后每一簇中噪声点的密度小于真实点;最后,在每一簇中对噪声进行识别和去除。研究结果表明,所提算法能够有效地去除多光谱激光雷达点云中的噪声,对地物识别的精度达到95%以上。

多光谱激光雷达数据强度校正及点云色彩优化

随着激光雷达成像技术的发展,采用超连续谱激光作为光源的多光谱激光雷达系统可同步探测多个光谱通道的回波信号,从而可直接获取具有空间-光谱信息一体化的点云数据。对于多光谱激光雷达点云数据,采用强度校正、色彩重建和色彩优化方法并通过多光谱激光雷达的强度校正模型从原始点云中获取精确的点云强度;通过色彩重建方法来获取彩色点云,并采用多项式回归算法来优化点云的色彩信息。实验结果表明,所提方法可以有效校正距离和角度效应对强度的影响,可以获取近似真实场景的彩色点云;经过色彩的优化处理,进一步提高彩色点云的质量,使其与真实场景之间的色差降低到人眼可接受的误差范围(色差小于10)。

多通道单脉冲激光能量变化监测方法

提出一种多通道单脉冲激光能量变化的监测方法,用于实时监测脉冲激光的状态。首先采用多合一光纤束,对待测激光进行取样;再经过消色差透镜将光纤合束端面成像到CMOS图像传感器的感光面,通过软件获取光斑图像并提取不同光斑的灰度值,以表征脉冲激光能量;最后根据各待测激光总能量大小对灰度值进行标定,即可实现不同位置处激光能量变化的同时在线监测。利用该方法,对全高程全天时大气探测激光雷达系统中1064,532,589 nm激光以及脉冲染料激光器中自发辐射(ASE)荧光的单脉冲能量变化进行了长时间同时在线监测,得到了激光雷达运行过程中这4束光单脉冲能量的变化情况,并根据监测结果计算了倍频晶体的倍频效率、脉冲染料激光器的转换效率及ASE比例系数。该研究为需要对多路激光单脉冲能量变化进行同时在线监测的光电系统提供了一种有效的解决方法。