1 东北林业大学 工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040
2 北京空间机电研究所，北京 100094
3 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
针对星载激光雷达波形数据估测森林生物量精度较低的问题，研究以冰云陆地高程卫星(Ice，Cloud,and land Elevation Satellite，ICESat)/地球科学激光测高系统(Geoscience Laser Altimeter System，GLAS)回波波形为例，通过修正GLAS回波波形背景噪声阈值，识别GLAS冠层回波波形，设定冠层回波波形起止点位置，提出冠层回波能量值参数Eca，并基于激光断面阵列(Laser Profile Array，LPA)数据校正E_ca，得到校正后的冠层回波波形能量值参数ECca，进而估测森林生物量。研究结果显示，GLAS冠层回波波形能量值参数Eca经LPA数据校正前后森林生物量估测精度R2分别为0.87和0.89，RMSE分别为17.28 t/ha和15.76 t/ha。研究结果表明，所提出的冠层回波能量值参数能够有效估测森林生物量，且冠层回波波形能量值参数Eca经LPA数据修正后能够提高森林生物量估测精度。
星载激光雷达 LPA数据 背景噪声阈值 冠层回波能量值 spaceborne lidar ICESat-GLAS ICESat-GLAS LPA data background noise threshold canopy echo energy value AGB 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200232
1 东北林业大学 森林作业与环境研究中心， 黑龙江 哈尔滨 15000
2 东北林业大学 机电工程学院 ，黑龙江 哈尔滨 150000
针对星载激光雷达数据反演林下数字地面模型（Digital Terrain Model，DTM）存在困难的问题，研究了冰云陆地高程卫星-2 （Ice, Cloud, and land Elevation Satellite，ICESat-2）/先进地形激光高度计系统(Advanced Opographic Laser Altimeter System，ATLAS）的强弱光束数据反演林下地形的精度，并探究了冠层高度及植被覆盖率对于ICESat-2/ATLAS反演林下DTM精度的影响。研究结果表明：强波束反演林下DTM的精度为R2=1，RMSE=0.74 m，弱波束反演林下DTM的精度为R2=1，RMSE=0.76 m，强波束相对弱波束表现出更优的反演精度，但是，强光束与弱光束的光子云数据均可为反演林下DTM提供科学数据。从研究区植被的整体情况来看，随冠层高度及植被覆盖率的增加，不同激光类型数据均出现误差逐步增加的情况。
强波束 弱波束 林下数字地面模型 冠层高度 ICESat-2/ATLAS ICESat-2/ATLAS strong beam weak beam digital terrain model under the forest canopy height 红外与激光工程
2020, 49(11): 20200237
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
3 中国空间技术研究院空间 激光信息感知技术核心专业实验室，北京 I00094
4 东北林业大学 森林作业与环境研究中心，黑龙江 哈尔滨 150040
5 中国林业科学研究院资源信息研究所，北京 100091
林业测量调查是星载激光遥感的重要应用方向。迄今为止，国外发展了多台套的星载激光载荷已经用于林业遥感。国内资源三号（02）星搭载的激光测距仪实验载荷实现了我国星载激光对地观测的突破，即将发射的陆地生态系统碳监测卫星多波束激光雷达也将在林业遥感中取得重要应用。ICESAT-1/GLAS系统全波形数据成功用于全球林地垂直结构调查，ICESAT-2/ATLAS系统以光子探测的方式获取林地点云调查数据，星载激光遥感林业应用从实验、演示验证、进入实用阶段。这期间多型星载激光雷达经过了技术体制的选择、参数的优化，器件技术和处理技术的突破。本文综述了主要在轨服务林业遥感的星载激光雷达的配置和数据应用，研究了星载激光雷达林业遥感的探测机制、技术体制、应用现状、适用范围等，分析总结了各类星载激光雷达林业应用技术特点、发展演化趋势，提出星载激光雷达载荷研制应根据任务应用需求、科学和工程目标，充分发挥激光技术长项，与其他载荷手段优化配置，扬长补短，展望了星载激光雷达林业遥感技术和应用的发展趋势、研究热点及其应用拓展。
星载激光雷达 林业 遥感 发展研究 space-borne LiDAR forestry remote sensing development study 红外与激光工程
2020, 49(11): 20200235
1 东北林业大学工程技术学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
2 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心, 北京 100048
激光测高卫星的回波波形是其核心数据之一, 回波波形的仿真分析对卫星指标论证及数据处理具有重要的参考价值。综合考虑地物反射率、发射波形和激光断面阵列(LPA)这3个因素对回波仿真结果的影响, 并进行对比实验, 探讨了最优的模拟仿真方法。实验中选择某研究区, 以冰、云和陆地高程卫星(ICESat)/地球科学激光测高系统(GLAS)数据作为验证数据, 通过相关系数对回波仿真精度进行评价。结果表明：在考虑实际地物反射率和发射波形后可以明显提高回波仿真的精度, 仿真结果的相关系数从0. 9337提高到0.9492; 由于LPA的像素空间分辨率较低, 故得到的仿真精度误差较大, 通过3次样条插值提高像素分辨率后可使仿真精度提高到0.9513。
遥感 激光测高 回波仿真 激光断面阵列 高分七号卫星
吉林工业职业学院机电与智能技术学院, 吉林 吉林 132013
针对某空间微型光学载荷主结构质量过重、地面重力变形过大以及基频太低的问题, 提出以质量最小、随机加速度响应RMS值为目标, 基频、变形为约束条件, 推导出多目标拓扑优化的表达公式, 建立优化数学模型, 并对光学载荷主结构进行拓扑优化设计。对优化后的主结构进行工程分析, 结果表明, 优化后的主结构质量较小, 基频较高, 变形和随机振动响应较小。最后对主结构和其上端安装的光学载荷进行了力学试验, 并对试验后的设备进行了性能检测, 结果满足总体指标, 证明了所设计的主结构具有良好的性能, 同时该主结构优化方法有效可行。
微型光学载荷 主结构 拓扑优化 有限元分析 mini-optical device main structure topology optimization finite element analysis
吉林工业职业技术学院 机电与智能技术学院, 吉林 吉林 132013
针对某微型光学载荷主结构质量过重, 地面重力变形过大以及基频太低的问题, 提出以质量最小、随机加速度响应RMS值为目标, 基频、变形为约束条件, 建立优化数学模型, 并对光学载荷主结构进行拓扑优化设计。对优化后的主结构进行工程分析, 结果表明, 优化后主结构质量为12.5 kg, 降低了68.71%; 基频由优化前的11.18 Hz提高到268.7 Hz; 最大变形为0.3 μm; 光学载荷安装位置随机加速度响应值放大倍率1.2, 小于总体指标1.5; 最后对主结构和其上端安装的光学载荷进行了力学试验、热循环试验, 并对试验后的设备进行了性能检测, 结果满足总体指标, 证明了所设计的主结构具有良好的性能, 同时该主结构优化方法有效可行。
微型光学载荷 主结构 拓扑优化 有限元分析 mini-optical device main structure topology optimization finite element analysis 红外与激光工程
2018, 47(11): 1113002
