第六届中国激光雷达遥感学术会议
基本信息
2020-09-22
2020-09-22
中国光学工程学会;西安理工大学
会议文集
1. 臭氧浓度探测的CCD光束成像系统设计与仿真
摘要： 为了研究CCD光束成像技术探测臭氧浓度廓线有效探测距离及反演方法,设计了一台硬件探测系统.该系统选用266、280砌两个波长的连续激光作为差分吸收的光源.基于激光功率、曝光时间、CCD有效接收面积、气溶胶的浓度和臭氧的浓度等主要参数,对探测信号的信噪比进行数值仿真.假设气溶胶分为清洁、污染和重污染三种情况,臭氧浓度分为低和高两种情况,仿真结果表明:在探测误差小于10％的情况下,低臭氧浓度时三种不同气溶胶的条件下,有效探测距离皆大于2km;高臭氧浓度时,在清洁型和污染型的气溶胶条件下,有效探测距离仍大于2km,重污染条件下的有效探测距离为1.7km;臭氧浓度的反演结果与假设高度廓线基本一致.仿真结果有利于了解臭氧浓度廓线探测的CCD光束成像系统的最优参数设定,进而实现对臭氧浓度廓线的有效探测.
提交时间：2020-09-22
2. 大量程高灵敏度的光纤光栅低频振动传感器研究
摘要： 针对低频振动检测的需求,研制了一种基于柔性铰链的光纤光栅(FBG)振动传感器,实现了在一定范围内对低频信号的高精度测量.根据传感器的理想结构模型,结合力矩平衡方程和拉格朗日方程给出了传感器的灵敏度和固有频率的计算方法,并采用ANSYS软件对传感器的结构进行有限元分析,得到了一阶谐振频率为92.457Hz.通过性能测试试验,传感器在0.5～55Hz这个频率范围内平坦度好,固有频率为91Hz,与有限元分析结果一致,灵敏度为1.94nm/g,线性度为99.99％.其纵向灵敏度远优于横向灵敏度,具备较强的横向抗干扰能力.
提交时间：2020-09-22
3. 多光谱激光雷达波形数据处理及应用
摘要： 多光谱全波形激光雷达可同时获取隐含光谱信息在内的全波形综合信息,波形分解是影响多种回波参数反演精度的关键技术.提出了一种适用于多光谱激光雷达数据的波形分解方法,对各个通道灵活选择拟合子函数,充分利用多个通道之间的空间相关性,实现对目标的空间位置和光谱信息的精确提取;建立了光谱空间和RGB色彩空间之间的映射关系,实现目标的三维色彩重建.实验测试结果表明:该方法有效克服了环境光干扰,可实现全天时的目标三维色彩重建.通过与现有方法比较,误差标准差和决定系数R2这两个误差评估指数均验证了所提出的方法具有更高的测距精度和色彩信息反演精度.另外,实验结果验证了实验测试结果表明:该方法可实现全天时的目标三维色彩重建,有效克服了弱回波信号丢失、环境光干扰等影响,通过设定最佳脉冲累积数可有效提高兼顾了目标的测距精度和色彩信息反演数据处理精度和扫描效率.未来可通过优化激光探测波段,将该方法拓展到其他激光雷达系统上,进一步提高目标三维色彩重建精度.
提交时间：2020-09-22
4. 副载波调制脉冲激光雷达水下传输特性研究
摘要： 在激光雷达的水下应用中,由于水体对光的吸收和散射作用使得激光在水下的传输复杂多变,尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没目标回波,导致水下激光回波检测面临挑战.副载波调制技术可以有效地改善激光雷达系统水下探测性能,提高目标回波信号的信噪比.基于Monte Carlo方法提出了改进的副载波调制脉冲激光雷达水下传输模型,研究了海水衰减系数和通频带等因素对于系统性能的影响.仿真结果表明:相比于传统激光雷达,水体环境参数、滤波过程中的通频带选择对于系统水下探测性能影响较大;副载波调制技术可以提高目标回波信噪比和测量精度,有效改善系统性能.
提交时间：2020-09-22
5. 副载波调制水下激光雷达测距性能仿真
摘要： 复杂的水体环境,特别是水中微粒的吸收和散射作用,使得水下激光雷达测距系统的接收信号中存在大量的后向散射杂波.随着距离的增大,目标回波会逐渐淹没在杂波中,而副载波调制技术可以有效地提升目标对比度,实现水下激光雷达的测距增程.首先建立了光子在海水中传输的蒙特卡洛仿真模型,然后研究了结合激光雷达优势和微波雷达优势的副载波调制技术,给出了伪随机序列作为副载波时发射、接收和相关处理的详细步骤,最后对四种不同类型的副载波(方波、锯齿波、正弦波和伪随机序列波)在不同的水质和发射脉冲宽度的情况下进行了仿真研究.结果表明:伪随机序列对于目标对比度的提升方面性能最好.
提交时间：2020-09-22
6. 改进简单多尺度法的激光雷达云检测
摘要： 激光雷达作为大气主动遥感探测的重要手段之一,被广泛用于气溶胶和云层探测.基于简单多尺度层检测算法,通过添加尺度个数阈值,提出了一种在时均可提高云底反演高度准确性的云检测算法.该算法通过仿真云层内部多峰时的回波信号,得到了最优化尺度个数阈值范围;同时通过添加特征段合并有效减少了单层多峰情况下的漏判.分别使用微分零交叉法、简单多尺度法和改进后的算法对532nm米通道激光雷达在2019年5～7月探测的20组探测时长75min以上、结构稳定、时序上无突变的有效数据进行检测,并以微分零交叉法的云底高度为准,通过改进算法得到的均方根误差平均减小32.65％,不确定度平均减小33.80％,验证了改进算法在提高云底高度准确度上的有效性.
提交时间：2020-09-22
7. 高分七号卫星激光测高仪全波形数据质量及特征分析
摘要： 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.
提交时间：2020-09-22
8. 光子探测距离漂移误差与大气湍流效应建模分析
摘要： 光子探测具有灵敏度高、系统功耗低和探测距离远等优点,探测性能易受大气环境影响.建立湍流效应下光子探测模型,定义了回波光子调制泊松分布概率,当回波光子数小于0.1时,调制泊松分布退化为泊松分布.建立了光子探测距离漂移模型,重构光子探测的回波分布,以计算距离漂移.探讨了湍流效应下的光子探测回波特性和距离漂移的变化规律.结果表明:湍流作用下光子探测首光子效应减弱,当湍流为10-16m-2/3,无湍流的回波光子数为2时,与无大气湍流时相比,距离漂移减小0.41cm,测距精度下降0.23cm;随着湍流的增强,湍流为5×10-15m2/3时,探测概率平均降低78.18％,距离漂移平均减小91.49％,测距精度最大下降85.77％.
提交时间：2020-09-22
9. 海上升压站自动巡检机器人颜色检测算法研究
摘要： 海上升压站自动巡检系统是一种面向海上升压站全站的智能巡检机器人系统,主要完成对海上升压站中电缆、设备、仪表等装置的自动化巡检任务.设备的运行状态往往通过指示灯的颜色判断,这是自动巡检的一项关键任务.由于指示灯的半透明特性,其在不均匀光照下存在反光问题,使得颜色和亮度信息及其非均匀特性的混合,造成了指示灯图像的“数据不敏感特征”.传统的RGB颜色空间的均匀性较差,使得只依靠RGB颜色空间对指示灯颜色检测存在较大误检.相对于RGB空间,HSI空间能够非常直观的表达色彩的明暗、色调以及鲜明程度,方便进行颜色之间的对比.因此,文中提出将指示灯图像从传统的RGB颜色空间转换到HSI空间,通过提取H分量计算直方图相似度的指示灯颜色检测方法.实验结果表明,该方法大大提高了指示灯颜色检测精度,尤其在不均匀光照下有较强的抗干扰能力.
提交时间：2020-09-22
10. 基于车载激光雷达走航观测的石家庄及周边地区气溶胶空间分布特征
摘要： 运用微脉冲激光雷达对气溶胶的垂直分布特征进行遥感观测逐渐普及,但传统观测往往局限于固定站点,无法反映区域内气溶胶整体分布情况.该研究以石家庄市为中心,运用车载便携式激光雷达对城市内部及其周边区域开展大气环境立体走航观测,绘制出气溶胶三维空间分布信息.结果表明:(1)该地区大气污染受地形影响,西侧太行山阻断了汾河盆地的气溶胶输送,气溶胶于太行山东麓的山前低地汇聚,向东至广阔的平原扩散开;(2)石家庄东北至南部形成气溶胶汇聚区,其聚集程度由东北向南逐渐增强,此外太行山与燕山走向的西北部分的清洁区与污染汇聚区有明显分界;(3)石家庄市区外环线的气溶胶垂直扩散能力强、颗粒物不规则度较高,可能存在多源混合,市区气溶胶聚集高度的空间方位差异可能由污染源分布的不均衡所致.
提交时间：2020-09-22
11. 基于激光雷达的区域大气颗粒物探测
摘要： 气溶胶已被确定为辐射强迫评估中的不确定因素之一.激光雷达是气溶胶观测的有效遥感工具.利用车载激光雷达,采用固定垂直探测与移动走航监测相结合的探测方式,对安平县的颗粒物浓度进行了连续探测.固定探测结果与环保部空气质量先上升后下降的趋势一致.移动导航探测能够快速、准确地定位污染源的位置.最后,通过对比喷撒抑尘剂前后的走航监测结果,得出喷撒抑尘剂可以有效降低颗粒物浓度.
提交时间：2020-09-22
12. 基于瑞利多普勒激光雷达的惯性重力波长期观测研究
摘要： 瑞利多普勒激光雷达可对平流层和中间层大气的水平风速和温度进行连续观测.中国科学技术大学最新研制的瑞利测风测温激光雷达增加了多普勒频率校准装置,可实现对晴空天气下15～70km大气的水平风速和温度的高精度观测.分析了该激光雷达系统2018年9～10月在我国西北部地区的水平风速和温度连续观测数据,通过提取风速和温度扰动、频谱分析、重力波模型参数拟合及Hodograph分析,计算重力波的垂直波长、固有周期、水平和垂直传播方向等参数.从224h的观测数据中共计提取到重力波384个波次.在这些重力波事件中,53.9％的垂直传播方向为向上.风速和温度的波动幅度分别集中在10～20m/s和10～20K,70％以上的垂直波长在5～10km范围内,极少出现15km以上的波动;水平波长在100～200km左右,固有周期＜5h的波动占比较大,水平传播方向以西偏北20°和东偏南20°的相向的方向为主导.
提交时间：2020-09-22
13. 基于深度学习的压缩光子计数激光雷达
摘要： 压缩光子计数雷达是光子计数激光雷达技术与单像素成像技术的结合,具有低成本、超高灵敏度等优点,但在进行高分辨率成像时,需要大量的测量和迭代计算进行重建,导致所需成像时间很长.当前的研究热点深度学习压缩重建网络被证明可避免迭代运算实现快速压缩测量重建,但已有文献报道的深度学习压缩重建网络,采用传统的图像处理数据库的无噪声图片或在图片上加高斯噪声进行训练网络,网络应用于实际的压缩光子计数雷达系统,性能有待进一步验证.自主设计了基于FPGA的同步控制测量模块,搭建出压缩光子计数雷达系统,提出了基于蒙特卡洛模拟压缩光子计数雷达系统的方法来制作训练数据,并设计深度学习压缩重建网络DFC-Net进行采样和重建联合优化.实验结果表明:在10％、15％、20％、25％、30％采样率下,DFC-Net重建性能优于现有的重建网络Dr2-Net和传统的压缩重建算法TVAL3.
提交时间：2020-09-22
14. 基于神经网络的条纹管激光雷达回波信号分类
摘要： 对机载条纹管激光雷达的回波信号利用神经网络的方法进行了分类.比较分析了四种不同目标的典型回波信号,提取了回波信号的强度和形态作为分类特征,利用MATLAB构建了一个BP神经网络分类器.在此基础之上,对隐含层神经元的数量、网络的学习算法和训练样本的数量对分类效果的影响进行了对比和选取.分类的结果表明,该分类器的精度能够达到96％,Kappa系数为0.95,这表明这种分类器能够对回波信号准确地分类.
提交时间：2020-09-22
15. 基于视觉测量的目标定位技术及结构参数优化
摘要： 针对大尺寸、长距离、非接触条件下的目标定位技术需求,提出了一种基于视觉测量的目标定位技术.许多视觉测量方法寻求在PnP算法改进上得到更高精度,而没有考虑到特征点数目增加对测量精度造成的影响,基于此,通过引入测量基线的概念设计出一种精度可定量提高的合作式靶标.首先通过测量模型的建立和精度分析,利用误差传播理论得出了n点式靶标测量精度的函数解析式,进一步详细分析与验证了各影响项所带来的影响,并讨论了合作靶标特征点排布形式对精度的影响情况,在此基础上进行了靶标布局以及结构参数的优化以进一步提高测量精度.实验结果表明,以所设计的16点环阵式靶标为例,其重投影误差较同尺寸P4P靶标减少了约50.3％,立体靶标则进一步将重投影误差降低了39.2％.该技术不仅可用于特殊环境下的目标定位识别,更适用于复杂系统中的单元状态监测.
提交时间：2020-09-22
16. 基于双高斯方差优化的Gm-APD三维距离像预处理方法研究
摘要： Geiger mode Avalanche Photo Diode(Gm-APD)激光成像雷达三维重构算法的目标检测率、目标还原度等受预处理影响较大,不适当的预处理会导致目标缺失,信噪比降低.预处理通常使用高斯函数或双高斯函数进行卷积,滤波函数中不合适的方差同样会导致目标复原度变低.针对此问题,分析双高斯函数预处理方差组合对探测概率的影响,同时通过Monte Carlo仿真,分析固定激光能量下,固定帧数、不同背景噪声的最佳方差组合变化.拟舍得到不同背景噪声水平下的最佳方差模型.最后使用真实实验进行验证,方差模型求得的最佳方差组合可达到实际90％以上最佳目标还原度.该模型对于实际信号处理具有理论指导作用.
提交时间：2020-09-22
17. 基于特征选择YOLOv3网络的红外图像绝缘子检测方法
摘要： 为了解决红外电力图像中绝缘子所占比例较小,背景复杂导致绝缘子漏检和定位不准的现象,提出了基于特征选择YOLOv3网络的检测方法.所提出的方法在金字塔形YOLOv3网络的自顶向下采样过程中加入了金字塔特征注意网络.金字塔特征注意网络基于网络高层语义特征图计算特征权重矩阵,并使用该特征权重矩阵过滤掉网络低层细节特征的冗余.最后,将经过特征过滤后的低层特征图和高层语义特征图串联在一起,得到既有精确的绝缘子细节信息又有丰富高层语义信息的特征图.实验结果表明,所提出方法的检测效果要优于原有YOLOv3网络且保留了原有网络实时性好的特点.
提交时间：2020-09-22
18. 基于相干多普勒激光雷达的风雨同时探测
摘要： 多普勒测风激光雷达是一种有效的具有高时空分辨率的遥感测风仪器.然而,由于雨滴反射的干扰信号,在雨天条件下进行精确的风廓线测量是一个挑战,但是这也为探测降雨提供了一种可能.在这项工作中,一台垂直指向的1.5μm全光纤相干多普勒激光雷达被应用于风和雨的同时探测.由于相干多普勒激光雷达能够进行精确的频谱测量,因此在下雨天,它可以同时检测到气溶胶和雨滴的回波信号.具有速度差异的气溶胶和雨滴的回波信号会导致多普勒频谱出现两个峰值,从而可以根据频谱宽度来识别降雨事件.通过双高斯模型拟合多普勒频谱,可以获得两个速度,分别为风速和雨速.与微雨雷达结果的对比验证了多普勒激光雷达探测降雨的能力,同时也降低了多普勒激光雷达在雨天条件下风速的错误探测概率.
提交时间：2020-09-22
19. 基于像素复用的SPAD阵列连续扫描三维成像
摘要： 基于单光子雪崩二极管(Single-photon avalanched diode,SPAD)阵列探测器的激光雷达系统具有单光子探测灵敏度、高时间分辨率及探测速率快等优点,在遥感测绘、目标识别和航天器着陆等领域具有广泛的应用前景.受限于当前SPAD阵列器件的较小像素规模和普遍存在的热像素等缺点,直接采用SPAD阵列所获取的三维图像质量差且成像范围小.提出了一种基于像素复用的SPAD阵列连续扫描三维成像方法以扩展成像范围,同时通过像素信息复用增加同一目标点的累积探测次数,以提高距离测量精度和三维成像质量.基于32×32规模SPAD阵列搭建了推扫式三维成像实验系统,通过对3.3m外目标进行一维连续扫描成像实验,利用所提方法实现了快速大范围的光子计数三维成像(32×520/7s),同时有效改善了热像素对成像结果的影响,三维图像的平面精度达2.3mm.
提交时间：2020-09-22
20. 北斗导航授时的移动激光雷达测量系统时间同步装置设计
摘要： 移动激光雷达测量系统各测量传感器间的时空配准技术是整个系统设计的核心,其中时间同步问题尤为关键.针对惯导系统与激光雷达和全景相机之间的时间精确同步问题,结合北斗导航授时系统提出自行设计时间同步装置的方式,对集成激光雷达、惯性导航系统、全景相机等测绘传感器的车载测量平台,提供时空配准信息.以拥有全自主知识产权的车载移动测量系统为研究对象,通过该系统采集点云数据,使用设计生产的时间同步装置和编制的上位机软件与北斗卫星导航系统结合进行精确授时.最终时间同步精度达到了0.1μs,验证了时间同步装置设计方法的可行性.
提交时间：2020-09-22