1 自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京 100048
2 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院,辽宁 阜新 123000
3 北京国测星绘信息技术有限公司,北京 100040
4 青海省地质调查院,青海 西宁 810012
5 兰州交通大学 测绘与地理信息学院,甘肃 兰州 730070
数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)是开展青藏高原冰川研究的重要基础数据。随着国产立体测图卫星的快速发展,自主可控地获取青藏高原冰川区高精度DEM成为可能。该研究综合采用资源三号、高分七号卫星的立体影像和激光测高数据,分别生成冰川区域5 m和2 m格网的DEM,并选择岗钦及普若岗日等两处冰川为实验区,将国产卫星DEM与国外的AW3D、SRTM、TanDEM、HMA DEM等多种开源数字高程模型进行对比分析,并采用ICESat-2星载激光测高数据开展DEM绝对高程精度验证。结果表明:与中等空间分辨率的开源DEM相比,基于国产立体测图卫星影像生产的DEM高程精度更优,且格网更精细、更能详细描述冰川末端纹理特征;与高空间分辨率数据集HMA DEM对比高程精度,资源三号DEM略差、高分七号DEM更优,且在覆盖完整性方面国产卫星DEM均优于HMA DEM。综上所述,基于国产立体测图卫星可以实现冰川区高精度DEM的获取,能够为青藏高原冰川研究提供自主可控、精度可靠的地形参考数据。
激光测高 青藏高原冰川 数字高程模型 高分七号 资源三号 laser altimeter glacier in Qinghai-Tibet Plateau digital elevation model GF-7 ZY-3 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230231
光学 精密工程
2023, 31(11): 1631
1 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
3 河海大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 210098
针对星载单光子激光有效回波信号混杂于噪声中难以区分的问题, 提出一种基于统计直方图两步法的星载单光子数据去噪方法。先后采用沿轨小窗口直方图粗去噪与距离平方统计直方图精去噪, 实现星载单光子回波数据中的噪声光子有效剔除。利用该方法对美国星载单光子激光雷达先进地形激光测高系统(ATLAS)的强与弱波束、白天和夜间、平地与山地 3种典型情况下的回波光子数据进行实验, 结合 ATLAS官方去噪结果, 基于混淆矩阵统计去噪精确度。实验结果表明, 强波束数据去噪精确度为 98.86%, 弱波束数据去噪精确度为 96.94%; 夜间数据去噪精确度为 99.02%, 白天数据去噪精度为 98.86%; 山地数据去噪精确度为 96.28%, 平地数据去噪精确度为 96.94%。说明本文方法适用于常见的以上 3种典型情况下的星载单光子数据去噪。
星载单光子数据 先进地形激光测高系统 统计直方图 去噪精确度 混淆矩阵 spaceborne single photon data Advanced Topographic Laser Altimeter System statistical histogram denoising accuracy confusion matrix 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(3): 384
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1051
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210836
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对我国高精度立体测绘卫星系统中激光测高仪的在轨场地检校的技术需求, 研制了激光脉冲探测器系统。系统采用高速 PIN 探测单元及高速数据采集电路实现了 ns 级脉宽激光脉冲的定量化采集, 通过集成无线射频模块实现脉冲探测器的数据远程传输。为保证脉冲探测器的野外应用性能, 系统进行了能量密度测试、能量响应一致性与稳定性测试、探测器测量视场角测试等。试验结果表明脉冲探测器可以实现 1~120 nJ·cm-2 的能量范围采集, 能量响应的一致性优于 5%, 稳定性优于 1.5%, 并且可以实现 ±12° 角度范围内的激光脉冲的有效采集。最终探测器成功应用到我国“高分七号”卫星激光测高仪的在轨检校中, 获得了探测器阵列的有效激光触发数据, 为激光测高仪的在轨检校试验提供了有效的数据支撑。
激光测高仪 能量采集 无线发送 脉冲探测器 laser altimeter energy acquisition wireless transmission pulse detector 大气与环境光学学报
2021, 16(6): 541
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
作为我国自主研制的首颗1∶10000比例尺立体卫星,高分七号(GF-7)卫星搭载的全波形激光测高仪和双线阵光学相机为全球范围内数字高程模型的建立提供了新的途径。为确定激光脚点在双线阵立体影像中的位置,进而实现两者的复合测绘功能,监视激光指向的足印相机和双线阵相机一般需要在白天同时工作,以确定激光光斑在双线阵相机图像坐标系下的位置。采用同步曝光模式时,足印相机中的光斑图像往往与地物和云层重叠,在强背景噪声条件下由足印相机图像提取的光斑中心精度较差,甚至无法提取光斑中心。基于多轨足印相机图像的分析,激光器在连续工作时,光斑中心随其工作时间的增加在X方向正向偏移并呈现一定的线性,其线性变化规律受激光器出光能量波动的影响;而在Y方向上则基本稳定,可以采用分段线性拟合、数据插值的方式来获取强背景噪声条件下光斑中心的位置,从而提升激光数据的利用效率。激光指向的变化规律也为后续激光载荷系统误差标定与计算提供了依据和参考,也为后续激光测高仪数据的分析和处理提供了新的思路。
遥感 高分七号卫星 激光测高仪 激光指向 足印相机 强背景噪声 光斑中心 光学学报
2021, 41(23): 2328003
红外与激光工程
2021, 50(8): 20200396
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
使用足印相机同时对激光光斑和地表成像会导致相机中的激光光斑影像与地面影像重叠,造成激光光斑的中心定位精度较差。本文针对GF-7卫星足印相机实测的图像特点,提出地物噪声图像分类方法,优化高斯拟合光斑中心定位的处理流程,同时分析不同地物噪声背景下光斑图像的分类方法以及对应的光斑中心的提取精度。实验结果表明,所提方法在低中高的不同噪声条件下,中心定位精度分别为0.11,0.13,0.16 pixel,定位方差分别为0.020,0.262,0.341 pixel。在信噪比更好的夜间,光斑定位精度为0.02 pixel,定位方差为0.0036 pixel,说明噪声是影响光斑中心定位精度的最主要因素。
遥感 高分七号卫星 激光测高仪 足印相机 背景噪声 光斑中心定位 光学学报
2021, 41(17): 1728001
1 自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京 100048
2 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
3 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,江苏 南京 210023
4 住房和城乡建设部遥感应用中心,北京 100835
5 江苏省测绘工程院,江苏 南京 210013
全波形数据是高分七号卫星激光测高仪的核心数据之一,采用高分七号卫星激光测高仪的多轨实测数据,依靠波形背景噪声、峰度和偏度、信噪比和高斯特征参数等质量评价参数对波形数据进行质量评价,利用高斯分解后的建筑物高度计算、地表面坡度反演对波形数据地形地物特征提取方面的潜力进行分析。实验结果显示,试验区回波数据的总体可用率为72.59%,发射波形和回波波形数据质量良好且稳定,信噪比略优于ICESat/GLAS;针对波形数据中的“平顶”、“负冲”现象给出了初步的处理方法,结合高低增益组合模式优化波形数据选择;波形数据可以很好的反映地物地形特征,不同地物特征的回波波形展现出相应的波形特征,由波形数据反演出的建筑物高度精度可达分米级,相关结论对高分七号卫星激光测高数据应用具有参考价值。
高分七号 激光测高仪 波形数据 质量评价 质量控制 地形反演 GF-7 laser altimeter full waveform data quality evaluation quality control terrain inversion 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200387