面向星载激光测高仪的陆地目标响应函数仿真

面向星载激光测高仪的陆地目标响应函数的时间分布是评价星载激光测高仪使用性能的重要因素。根据星载激光测高仪发射的高斯激光束和目标响应函数的分布特点,采用等间隔同心圆环与等分圆周的方法实现目标的离散化三角网格划分,基于三角网格的均匀性与目标响应函数特征参数的误差模型,以目标响应函数的仿真误差指标为依据,提出一种全新的目标响应函数的时空域参数选取方法。以对地观测星载激光测高仪GLAS的系统参数为输入条件,针对三种典型倾斜度(3°、12.5°和28.5°)的平面目标和多平面目标,通过限定目标响应函数特征参数的2%容限误差,仿真了对应的波形分布,并解算出其特征参数的最大误差不超过1.16%,有效验证了陆地目标响应函数仿真方法的正确性。所得结果对于星载激光测高仪接收脉冲回波的分析、数据反演及其性能评价具有一定的实际应用价值。

面向ICESat-2单光子激光雷达的陆地目标测距误差分析

单光子激光雷达所获取的光子事件存在随机分布的特点,使得其激光测距值出现不确定性,从而降低了单光子激光雷达的测距精度。在不减小采样分辨率的情况下,采用累积邻近多光斑的光子事件来构建光子累积直方图,并基于反算的目标响应函数的时间重心来确定激光测距值。针对ICESat-2单光子激光雷达,以测距均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)为性能指标,构建出一种综合考虑陆地地形、累积光斑数目和回波光子数等多因素对其测距误差影响的评估方法。同时,选取ICESat-2过境美国犹他州西瓦利城的某观测条带的随机地形数据进行验证分析。结果表明,所提出的激光测距值解算方法能够使该条带的测距RMSE值由114.25 cm降低到63.84 cm,MAE值由70.97 cm降低到48.52 cm,均优于ICESat-2数据产品提供的137.96 cm RMSE值和97.24 cm MAE值,这对提升单光子激光雷达在陆地区域的测距精度具有一定的借鉴作用。

激光测高仪接收信号波形模拟器

分析了激光测高系统中接收信号的建立过程及其相关物理量;在忽略大气对激光脉冲的影响下,推导出接收信号和目标响应函数的理论模型,表明了接收信号可以看作是发射信号与目标响应函数的卷积。以现有的测高系统(GLAS)为例,采用网格划分的方法,将目标模型离散化,进而模拟出不同观测角及目标模型情况下的接收信号波形。同时将模拟波形的输出参数与测高仪理论计算得到的参数进行了比较,结果发现:模拟接收波形的脉宽与理论计算的脉宽吻合度达99.5%;模拟波形的总光子数与国际上GSFC模拟器得到的总光子数仅相差0.4%;脉冲重心对应的高度值与实际设定的高度值仅相差1%。从而验证了该方法的正确性和可靠性。