首页 > 论文 > 中国激光 > 45卷 > 10期(pp:1010001--1)

海洋激光雷达的自适应深度提取算法

Adaptive Depth Extraction Algorithm for Ocean Lidar

  • 摘要
  • 论文信息
  • 参考文献
  • 被引情况
  • PDF全文
分享:

摘要

海洋激光雷达发射的激光脉冲在海水中传输, 脉冲波形随深度会发生展宽, 相应的雷达接收系统接收到的信号与激光发射脉冲差异会增大, 该现象会导致以发射脉冲作为匹配滤波器的固定匹配滤波方法在处理深水激光雷达回波信号时产生误判。为了改进匹配滤波算法对于海洋激光雷达回波数据的性能, 使用蒙特卡罗法研究在测区条件下不同深度的激光脉冲在雷达探测器上的波形, 并以这组波形作为深度自适应的匹配滤波器来代替匹配滤波算法中的固定匹配滤波器, 并用南海的实测数据检验算法的性能。实验表明, 自适应深度提取算法相比于匹配滤波算法稳定性和准确性更好。为了验证算法的正确性, 以单波束声呐测深在同一测区的测深数据为基础, 对雷达测深数据进行精度评定。

Abstract

The laser pulse emitting from the ocean lidar would be stretched while it travels through the deep sea water, and the waveform received by the ocean lidar is quite different from the emitting signal. Therefore, the normal matched filtering algorithm using emitting signal as the matched filtering has a bad performance in processing ocean Lidar data. To improve the performance of matched filtering algorithm, Mento Carlo method is used to simulate the signal waveforms at different depths. The simulation waveforms are used as the matched filtering at the corresponding depth. The adaptive depth extraction algorithm is tested on the data set which is measured in the South China Sea. The test shows that the adaptive depth extraction algorithm is more accurate and robust on ocean lidar data set. A set of single beam sonar data is used to evaluate the accuracy of depth using the adaptive depth extraction algorithm.

Newport宣传-MKS新实验室计划
补充资料

中图分类号:O436

DOI:10.3788/cjl201845.1010001

所属栏目:遥感与传感器

基金项目:国家重大科学仪器设备开发专项任务(2013YQ120343)

收稿日期:2018-03-16

修改稿日期:2018-04-16

网络出版日期:2018-05-07

作者单位    点击查看

刘梦庚:中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800中国科学院大学, 北京 100049上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 201210
贺岩:中国科学院大学, 北京 100049
陈卫标:中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 201210
王永星:南京大学中国南海研究协同创新中心, 江苏 南京 210023中国海监南海航空支队, 广东 广州 510310
朱霞:中国海监南海航空支队, 广东 广州 510310
石先高:中国海监南海航空支队, 广东 广州 510310
黄田程:国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室, 浙江 杭州 310012
张宇飞:中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800中国科学院大学, 北京 100049

联系人作者:贺岩(heyan@mail.chcnc.ac.cn)

【1】Hu S J, He Y, Zang H G, et al. A new airborne laser bathymetry system and survey result[J]. Chinese Journal of Lasers, 2006, 33(9): 1163-1167.
胡善江, 贺岩, 臧华国, 等. 新型机载激光测深系统及其飞行实验结果[J]. 中国激光, 2006, 33(9): 1163-1167.

【2】Zhao J H, Ouyang Y Z, Wang A X. Status and development tendency for seafloor terrain measurement technology[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2017, 46(10): 1786-1794.
赵建虎, 欧阳永忠, 王爱学. 海底地形测量技术现状及发展趋势[J]. 测绘学报, 2017, 46(10): 1786-1794.

【3】Wang C S, Li Q Q, Liu Y X, et al. A comparison of waveform processing algorithms for single-wavelength LiDAR bathymetry[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2015, 101: 22-35.

【4】Wagner W, Ullrich A, Ducic V, et al. Gaussian decomposition and calibration of a novel small-footprint full-waveform digitising airborne laser scanner[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2006, 60(2): 100-112.

【5】Wu J Y, van Aardt J A N, Asner G P. A comparison of signal deconvolution algorithms based on small-footprint LiDAR waveform simulation[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2011, 49(6): 2402-2414.

【6】Lucy L B. An iterative technique for the rectification of observed distributions[J]. The Astronomical Journal, 1974, 79(6): 745-754.

【7】Li X L, Chen Y H, Yu F, et al. Comparison and analysis of inversion models for water optical property parameters by ocean lidar[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(10): 1001005.
李晓龙, 陈永华, 于非, 等. 海洋激光雷达水体光学特性参数反演模型对比及分析[J]. 光学学报, 2017, 37(10): 1001005.

【8】Jacovitti G, Scarano G. Discrete time techniques for time delay estimation[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 1993, 41(2): 525-533.

【9】Roncat A, Wagner W, Melzer T, et al. Echo detection and localization in full-waveform airborne laser scanner data using the averaged square difference function estimator[J]. The Photogrammetric Journal of Finland, 2008, 21(1): 62-75.

【10】Du Z F, Lu Y M, Yang Z K, et al. Monte Carlo calculations of the recieved ocean lidar signals[J]. Chinese Journal of Lasers, 1999, 26(1): 52-56.
杜竹峰, 卢益民, 杨宗凯, 等. 海洋激光雷达接收信号的Monte Carlo计算[J]. 中国激光, 1999, 26(1): 52-56.

【11】Hu X H. Research of adaptive digital array receiving technology in underwater optical communication system[D]. Shanghai: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, 2015: 9-18.
胡秀寒. 水下光通信系统中的自适应数字化阵列接收技术研究[D]. 上海: 中国科学院上海光学精密机械研究所, 2015: 9-18.

引用该论文

Liu Menggeng,He Yan,Chen Weibiao,Wang Yongxing,Zhu Xia,Shi Xiangao,Huang Tiancheng,Zhang Yufei. Adaptive Depth Extraction Algorithm for Ocean Lidar[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(10): 1010001

刘梦庚,贺岩,陈卫标,王永星,朱霞,石先高,黄田程,张宇飞. 海洋激光雷达的自适应深度提取算法[J]. 中国激光, 2018, 45(10): 1010001

您的浏览器不支持PDF插件,请使用最新的(Chrome/Fire Fox等)浏览器.或者您还可以点击此处下载该论文PDF