【摘要】：激光雷達作為一種先進的主動遙感技術(shù),可以快速獲取目標的三維信息,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測繪的各個領(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,耗費時間較長,難以進行大規(guī)模的森林觀測,無法滿足對森林植被參數(shù)實時觀測的需求。星載激光雷達具有精度高、速度快、穿透性強的特點,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。本文對星載激光雷達的發(fā)展及其應(yīng)用進行了梳理,闡述了激光測高衛(wèi)星的原理和組成以及誤差改正,重點研究了星載激光雷達波形數(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。論文主要研究內(nèi)容及工作如下:(1)概述星載激光雷達系統(tǒng)的發(fā)展歷程,綜述了以GLAS為主的大光斑激光雷達對植被冠層高度提取的應(yīng)用。簡要的討論了激光測高系統(tǒng)的測高原理、組成結(jié)構(gòu)、定姿定位、誤差控制與改正,對坐標轉(zhuǎn)換、姿態(tài)調(diào)整、潮汐改正和大氣校正部分進行了公式推導(dǎo)。(2)對激光測高衛(wèi)星的波形數(shù)據(jù)處理進行詳細闡述,包括了對波形數(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)果對主要的波形特征參數(shù)進行了總結(jié);對激光雷達的回波數(shù)據(jù)輻射機理展開了研究,分析了激光脈沖從發(fā)射到接收,兩次穿過大氣并與地物相互作用的全過程,推導(dǎo)了激光雷達方程;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,并重點闡述了對地表建模的過程。(3)將激光測高波形數(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模型,分析激光測高衛(wèi)星波形數(shù)據(jù)提取森林植被參數(shù)的能力,并通過野外實測實測數(shù)據(jù)進行驗證。利用森林回波提取的波形參數(shù)受地形影響較大,對于復(fù)雜的森林地形,模型參數(shù)不夠穩(wěn)定,估測結(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,并對估測結(jié)果進行了討論和分析。
【學位授予單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：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)為例來闡述星載激光測高系統(tǒng)的各個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)逡逑星載激光雷達的發(fā)射系統(tǒng)主要由激光器、導(dǎo)入與合束系統(tǒng)、對準監(jiān)測系統(tǒng)、擴束系逡逑統(tǒng)、庫德光路系統(tǒng)和快速反射鏡等組成。激光器是激光測高系統(tǒng)的核心部件，是影響激逡逑光雷達探測能力的關(guān)鍵因素，導(dǎo)入與合束系統(tǒng)將激光導(dǎo)入并通過合束鏡合成一路激光輸逡逑出給對準監(jiān)測系統(tǒng)，對準監(jiān)測系統(tǒng)對激光光路進行監(jiān)測并校正光路偏差，擴束系統(tǒng)將激逡逑光光束直徑放大，從而降低庫德系統(tǒng)中反射鏡的損耗，最后激光通過庫德光路系統(tǒng)并以逡逑預(yù)定方向出射，在此過程中需要多個光學反射鏡和透鏡的配合使用［５３］。逡逑由于星載激光雷達對地觀測距離較遠，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分辨率，同時還要考慮平臺載荷能力的限制，因此對激光器穩(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)射脈沖波長分別為ｌ0６４ｎｍ和５３２ｎｍ，其中１０６４ｎｍ激光主要用于對地表觀測，逡逑而５３２ｎｍ激光用于探測高空氣溶膠的分布情況，ＧＬＡＳ激光器如圖２－２所示。逡逑＾邐n�？邋Ｆ－ｎｅ}紓澹藉澹罰靛澹恚赍澹保埃叮村澹睿恚常靛澹潁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)通常由光學望遠鏡、窄帶寬的濾波片光電探測器組成。光學望遠鏡用逡逑于接收目標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鏡才能有效探測激光回波。望遠鏡接收激光回波脈沖，通過逡逑窄帶寬的濾波片進行去噪，最后被光電探測器接收。逡逑ＧＬＡＳ采用了邋ｌｍ邋口徑的望遠鏡，并在鏡面上涂了高反射率的光學薄膜來X椙抗庾渝義銜漳芰�。�

本文編號：2739907