1 西安测绘研究所地理信息工程国家重点实验室，陕西 西安 710054
2 武汉轻工大学电气与电子工程学院，湖北 武汉 430048
3 武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079
4 湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062
建筑物轮廓线是各类应用的数据源，但散乱、不规则激光点云数据给轮廓线提取带来了难度。针对上述问题，提出一种基于多层级最小外包矩形规则建筑物轮廓线提取方法，首先使用迭代区域增长算法对轮廓点进行分组，根据点数最多的一组确定初始最小外包矩形。再对初始最小外包矩形进行多层级分解，使轮廓点与不同层级最小外包矩形重合，最后根据不同层级最小外包矩形生成轮廓线。使用Vaihingen城区中规则建筑物进行实验，实验结果表明：与最小面积方法与最大重叠度方法相比，所提方法能准确确定初始最小外包矩形，且提取效率得到略微提高。提取的轮廓线角点均方根误差为0.71 m，优于其他4种方法。所提方法可快速提取规则建筑物轮廓线，有利于后续三维重建。
机载激光雷达 建筑物 最小外包矩形 多层级分解 轮廓线提取 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837013
清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
调频连续波（FMCW）激光雷达具有非接触式测量、抗环境光干扰、高分辨率、能够同时获取速度和距离信息等优势，近年来被广泛应用于航空航天、精密制造、无人驾驶等领域。FMCW激光雷达的测距能力很大程度依赖于其光源的扫频线性度。在实际应用中，扫频光源会受到诸如应力拉伸不均匀、腔内温度变化、电路噪声等因素的影响，导致扫频非线性的产生，使得测距分辨率和精度下降。针对这一问题，本文从原理出发，分析了FMCW激光雷达中光源扫频非线性的影响，系统介绍了不同类型扫频非线性校正技术的原理和国内外研究进展，并对这些方法的适用场景、特性和优缺点进行总结，为后续相关研究提供启发。
调频连续波 激光雷达 绝对测距 扫频光源 非线性校正 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0328001
1 中国地质大学(武汉)数学与物理学院，湖北 武汉 430074
2 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院，湖北 武汉 430074
针对动态图卷积神经网络(dynamic graph convolutional neural network, DGCNN)聚合邻居点信息时的局限性，提出一种增强特征融合的动态图卷积神经网络模型EFF-DGCNN，并应用于机载LiDAR点云分类。该模型主要基于DGCNN提出特征增强模块和特征融合模块，对原始三维点云进行分类。首先，基于DGCNN对原始点云进行边缘卷积获取局部特征和全局特征；然后，将全局特征集成于各层的局部特征得到增强局部特征，据此凸显点云不同特征的重要性，使网络更加关注有利于分类的特征；最后，对不同增强局部特征进行特征融合得到深层次特征，从而实现点云的分类。为验证所提模型的分类性能，在GML_DataSetA数据集和ISPRS数据集分别进行了点云分类试验。试验结果表明：相比于DGCNN，所提EFF-DGCNN模型具有更好的分类能力，能更好地区分结构相似的点云。
机载激光雷达 点云分类 边缘卷积 特征增强 特征融合 airborne light detection and ranging point cloud classification edge convolution feature enhancement feature fusion
光学 精密工程
2023, 31(22): 3331
1 中国民用航空局 新疆空管局 气象中心,乌鲁木齐 830016
2 成都信息工程大学 大气科学学院 高原大气与环境四川省重点实验室,成都 610225
为了研究低空风切变风场结构,针对乌鲁木齐机场2021-11-26发生的风切变不安全事件,采用FC-Ⅲ型激光测风雷达产品数据,配合美国国家环境预报中心再分析资料和常规气象观测资料进行分析和验证,取得了风切变演变过程的数据。结果表明,该次风切变过程发生在特定的地形风作用下,冷锋前小尺度冷空气造成显著的风向风速变化,东南风急流底部与西北风风带形成倾斜向上的垂直切变区,并引发冷锋型低空风切变; 风切变发生前1 h,乌鲁木齐机场周边出现了风场转换; 平面位置显示模式比航空器报告提前10 min监测到风切变,为东南大风风速骤减区,且风切变区随冷空气渗透西移; 冷空气渗透过程东南大风层变薄西撤;07#跑道附近,正侧风迅速减小且进近过程中伴有风向的大角度转变;冷空气由25#跑道向07#跑道楔形渗透,渗透过程发生在08:30~10:25期间;激光雷达捕捉到该次低空小尺度冷空气活动,分析出冷空气由东北侧进入呈后倾状态的演变过程和结构,并触发了中度风切变预警。这一结果对提高气象服务保障能力是有帮助的。
激光技术 测风激光雷达 低空风切变 飞行安全 风场结构特点 laser technique wind light detection and ranging low-level wind shear flight safety structural characteristics of wind field
吴俊杰 1,2,*徐足音 1,2,3王耀辉 1,2,3杨传军 1,2,3陈明 1,2,3
1 中国民用航空飞行学院 航空气象学院, 广汉 618307
2 中国民用航空飞行学院 民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室, 广汉 618307
3 中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院, 广汉 618307
为了评估相干测风激光雷达在不同扫描模式下探测效能与气象要素之间的联系, 使用2020-08~2021-07期间广汉机场相干测风激光雷达探测数据进行了分析验证。结果表明, 方位角测量模式扫描方式下, 探测距离在3 km之后, 探测效能线性下降,90°扫描时, 500 m后探测效能开始线性下降; 总体探测效能在11月最高, 7月最低; 11月至次年7月呈下降趋势, 7~11月呈上升趋势; 在日落后至日出前的探测效能较低, 在午间探测效能最高; 夏秋季节, 激光雷达探测效能与PM2.5质量浓度呈现正相关, 与降雨量的对数呈负相关。该研究为机场激光雷达识别低空风切变准确度提供了重要的基础保障。
激光技术 探测效能 相干测风激光雷达 PM2.5质量浓度 降雨量 laser technique detection efficiency coherent wind light detection and ranging PM2.5 mass concentrations precipitation
1 民航宁夏空管分局, 银川 750009
2 国家气象中心, 北京 100081
3 民航新疆空中交通管理局, 乌鲁木齐 830016
为了研究动量下传大风的特征、探讨动量下传大风的预报方法, 利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料、常规气象观测资料和测风激光雷达(LiDAR)资料, 对银川机场2022-03-06动量下传大风过程进行了分析。结果表明, 银川机场位于西风急流入口左侧的辐合区, 为动量下传大风的发生提供了有利的环流背景,在晴空条件下, 测风激光雷达产品可以精准探测动量下传大风的时空演变特征; 多普勒光束摆动(DBS)模式产品中强下沉气流标志动量下传开始, 平面位置显示(PPI)模式探测范围的衰减程度和变化方位反映了沙尘天气强度和影响路径, 距离高度显示(RHI)模式500 m高度径向风分层现象的出现及被破坏是动量下传变化的预报指标; 利用测风激光雷达可提前30 min计算和预报出动量下传大风的出现时间。该研究对提高气象服务保障能力具有重要意义。
激光技术 大风预报 测风激光雷达 动量下传 温度对数压力图 laser technique gale forecast wind light detection and ranging momentum downward temperature logarithmic pressure diagram
激光雷达(LiDAR)广泛应用于航天器导航、安防监控、3-D测绘、自动驾驶汽车、**装备及机器人等领域, 具有重要的**和民用价值。雪崩光电二极管(APD)阵列探测技术在LiDAR的发展过程中发挥着至关重要的作用。介绍了LiDAR和APD阵列的应用背景, 综述了APD阵列和LiDAR系统的发展历程和最新进展, 最后总结了APD阵列探测技术的发展前景和研究趋势。
激光技术 激光雷达 探测器 雪崩光电二极管阵列 自动驾驶汽车 laser technique light detection and ranging detectors avalanche photodiode array autonomous vehicle
1 中国民用航空飞行学院 航空气象学院,德阳 618300
2 中国民用航空飞行学院 民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室,德阳 618300
3 中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院,德阳 618300
4 北京莱维塞尔科技有限公司,北京 101318
为了探究广汉机场上空边界层高度的变化特征，利用多普勒激光雷达的载噪比数据，采用梯度法、小波协方差法和标准方差法，对机场上空的边界层高度进行了反演，并与L波段探空和飞机探测数据进行了对比,利用飞机探测数据和探空仪数据对激光雷达反演的边界层高度进行了验证。结果表明，在对流边界层顶的识别上，3种方法都能较好地捕获边界层信息，且一致性较好，但在对残余层顶和稳定边界层顶的识别上，梯度法无论是准确性、连续性还是稳定性上都表现出了明显优势;反演得到的对流边界层和残余层高度维持在2000 m左右，稳定边界层高度在100 m～200 m之间; 受边界层内湍流的影响，物质边界层高度与热力边界层高度在某些时段会出现显著差异。该研究可为飞行训练提供预警信息，更好地保障飞行安全。
激光技术 激光雷达 边界层高度 载噪比 laser technique light detection and ranging boundary layer height carrier-to-noise ratio
1 西南技术物理研究所，成都 610041
2 四川大学 电子信息学院，成都 610065
为了提升调频连续波激光雷达调制带宽、从而提高距离分辨率，采用基于双平行Mach-Zehnder调制器的外调制方式，结合无光滤波器的微波光子倍频技术，通过1 GHz的射频源实现8 GHz的宽带射频调制信号，并利用搭建的模型研究了微波光子倍频子系统中消光比、调制系数和移相器相位偏移3个参数的变化对调频连续波激光雷达系统性能的影响。结果表明，大部分商用调制器的消光比可以满足使用需求，调制系数在2.385~2.425范围内或电移相器误差不大于1.3°时，该激光雷达探测信号峰的功率抑制比可以保持在20 dB以上。此研究结果为微波光子倍频技术在调频连续波激光雷达中的应用提供了理论支持，对工程实现有一定的参考意义。
激光技术 激光雷达 调频连续波 微波光子学 倍频 laser technique light detection and ranging frequency-modulated continuous wave microwave photonics frequency multiplication
