机载双频激光雷达系统设计和研制

针对林业、建筑、近海、岛礁和滩涂的测绘要求,中国科学院上海光学精密机械研究所开发了具有自主知识产权的机载双频激光雷达产品样机,可以同时完成对陆地地形和海底地形进行测绘。该样机在三亚蜈支洲岛进行了飞行试验,最大探测深度达到30 m,等效一类水质条件下可达50 m,最小探测深度达到0.22 m,测深数据和单波束声呐数据对比中误差为0.108 m,实地测量数据和陆地点云量测数据比对中误差为0.18 m,试验结果基本符合设计预期,为进一步产品定型打下了良好的基础。

国产机载双频激光雷达探测技术研究进展

机载双频激光雷达探测技术利用双波长激光实现海陆一体化测绘,从1969年至今,国际上已经形成了成熟的商业产品,应用于海洋、海岸带和岛礁的探测。中国科学院上海光学精密机械研究所从1998年开始,先后研发了三代机载双频激光雷达,完成了从原理样机阶段到产品样机阶段的转化。最新的Mapper5000系统在南海完成了11个架次的机载飞行试验,获得南海岛礁的三维地形数据,最大实测深度达到51m,最浅水深达到0.25m,测深精度为0.23m,水平位置精度为0.26m,海洋测点密度为1.1m×1.1m,陆地测点密度为0.25m×0.25m。

基于多通道海洋激光雷达的海陆波形分类

针对国产机载激光雷达测深系统海陆波形分类识别的需求,基于多通道海洋激光雷达波形数据的特点,通过提取多通道波形的特征参数,采用支持向量机的方法构建分类模型对海陆波形进行分类。通过检验结果证明,该分类方法总体精度和Kappa系数分别达99.03%和0.9805。该方法海陆波形分类精度满足工程应用需求,适用于国产机载激光雷达测深系统的波形分类处理,为后续深度计算过程中水体介质光速校正和潮汐波浪改正奠定基础。

国产机载激光雷达测深系统的波形处理方法

综合了已有的机载激光雷达测深系统的波形处理方法。基于国产多通道海洋激光雷达波形数据的多通道优势,运用去卷积、数值拟合和信号滤波等波形处理方法,针对不同类型的波形,提出了一套适用于国产硬件的波形处理方法。该方法可保证回波位置提取的稳健性。

海洋激光雷达的自适应深度提取算法

海洋激光雷达发射的激光脉冲在海水中传输,脉冲波形随深度会发生展宽,相应的雷达接收系统接收到的信号与激光发射脉冲差异会增大,该现象会导致以发射脉冲作为匹配滤波器的固定匹配滤波方法在处理深水激光雷达回波信号时产生误判。为了改进匹配滤波算法对于海洋激光雷达回波数据的性能,使用蒙特卡罗法研究在测区条件下不同深度的激光脉冲在雷达探测器上的波形,并以这组波形作为深度自适应的匹配滤波器来代替匹配滤波算法中的固定匹配滤波器,并用南海的实测数据检验算法的性能。实验表明,自适应深度提取算法相比于匹配滤波算法稳定性和准确性更好。为了验证算法的正确性,以单波束声呐测深在同一测区的测深数据为基础,对雷达测深数据进行精度评定。