激光測(cè)高是一種基于衛(wèi)星平臺(tái)獲取地表三維信息的先進(jìn)測(cè)量手段，被廣泛應(yīng)用于資源普查及城市規(guī)劃等領(lǐng)域。傳統(tǒng)激光測(cè)高采用能量探測(cè)體制，要求強(qiáng)的回波信號(hào)，此時(shí)高功率激光器搭配較大口徑光學(xué)接收器必然會(huì)帶來(lái)功耗增加、體積龐大以及可靠性降低等問(wèn)題。近年，隨著光子計(jì)數(shù)探測(cè)器的日趨成熟，由低功率、高重頻、窄脈寬脈沖激光器搭配中等口徑光學(xué)接收器及面陣光子計(jì)數(shù)探測(cè)器所構(gòu)成的新型光子計(jì)數(shù)激光測(cè)高系統(tǒng)，具有光子級(jí)別的響應(yīng)靈敏度、更高的測(cè)量精度以及更長(zhǎng)的工作壽命，代表了未來(lái)激光測(cè)高技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
中科院西安光機(jī)所趙惠研究員與盛立志副研究員帶領(lǐng)的課題組提出了基于位敏陽(yáng)極微通道陣列板MCP的光子計(jì)數(shù)激光測(cè)高系統(tǒng)的構(gòu)想。與雪崩光電二極管APD陣列相比，MCP具有更高的空間分辨且具備強(qiáng)光防護(hù)能力，同時(shí)先進(jìn)的位置敏感陽(yáng)極讀取技術(shù)使MCP能夠以105/s以上的高計(jì)數(shù)率實(shí)現(xiàn)離散光子信號(hào)的同步計(jì)時(shí)與定位，其所帶來(lái)的稠密點(diǎn)云為更精細(xì)地刻畫(huà)地表三維信息提供了可能。
首先，建立了基于位敏陽(yáng)極MCP的光子計(jì)數(shù)激光測(cè)高系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，不僅對(duì)典型工況下的影響空間分辨率和高程分辨率的因素進(jìn)行了分析，而且在對(duì)回波信號(hào)特征（包括回波光子分布及信噪比等）進(jìn)行計(jì)算評(píng)估的基礎(chǔ)上，探討了探測(cè)概率與測(cè)距誤差概率分布之間的相互聯(lián)系。如圖1a和圖1b所示，測(cè)距誤差概率分布類(lèi)似于高斯分布，過(guò)高的探測(cè)率會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器響應(yīng)回波脈沖的前沿；隨著探測(cè)率增高，誤差概率分布的峰值會(huì)變高，半高寬變窄，整體越偏右，從而導(dǎo)致系統(tǒng)測(cè)距誤差變大。
其次，考慮到激光測(cè)高時(shí)高程信息的突變處往往伴隨光影的明顯變化，比如森林邊界、樓房的陰影以及海洋沿岸等，而由于大部分遙感衛(wèi)星都搭載了遙感相機(jī)，因此提出了一種結(jié)合多光譜信息的高程優(yōu)化方法?？梢允褂枚喙庾V相機(jī)所成的像，通過(guò)提取圖像邊界對(duì)高程信息進(jìn)行優(yōu)化。如圖2所示，給出了優(yōu)化前后高程模型和光子分布直方圖，可以看出優(yōu)化的效果非常明顯，均方根誤差有顯著下降。
該研究?jī)?nèi)容發(fā)表在《光學(xué)學(xué)報(bào)》第38卷第12期，且被選為當(dāng)期的封面文章，具體文章內(nèi)容點(diǎn)擊查看：
http://www.opticsjournal.net/Articles/abstract?aid=OJ181208000079u1x4z7
中科院西安光機(jī)所趙惠研究員與盛立志副研究員帶領(lǐng)的課題組提出了基于位敏陽(yáng)極微通道陣列板MCP的光子計(jì)數(shù)激光測(cè)高系統(tǒng)的構(gòu)想。與雪崩光電二極管APD陣列相比，MCP具有更高的空間分辨且具備強(qiáng)光防護(hù)能力，同時(shí)先進(jìn)的位置敏感陽(yáng)極讀取技術(shù)使MCP能夠以105/s以上的高計(jì)數(shù)率實(shí)現(xiàn)離散光子信號(hào)的同步計(jì)時(shí)與定位，其所帶來(lái)的稠密點(diǎn)云為更精細(xì)地刻畫(huà)地表三維信息提供了可能。
首先，建立了基于位敏陽(yáng)極MCP的光子計(jì)數(shù)激光測(cè)高系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模，不僅對(duì)典型工況下的影響空間分辨率和高程分辨率的因素進(jìn)行了分析，而且在對(duì)回波信號(hào)特征（包括回波光子分布及信噪比等）進(jìn)行計(jì)算評(píng)估的基礎(chǔ)上，探討了探測(cè)概率與測(cè)距誤差概率分布之間的相互聯(lián)系。如圖1a和圖1b所示，測(cè)距誤差概率分布類(lèi)似于高斯分布，過(guò)高的探測(cè)率會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器響應(yīng)回波脈沖的前沿；隨著探測(cè)率增高，誤差概率分布的峰值會(huì)變高，半高寬變窄，整體越偏右，從而導(dǎo)致系統(tǒng)測(cè)距誤差變大。
其次，考慮到激光測(cè)高時(shí)高程信息的突變處往往伴隨光影的明顯變化，比如森林邊界、樓房的陰影以及海洋沿岸等，而由于大部分遙感衛(wèi)星都搭載了遙感相機(jī)，因此提出了一種結(jié)合多光譜信息的高程優(yōu)化方法?？梢允褂枚喙庾V相機(jī)所成的像，通過(guò)提取圖像邊界對(duì)高程信息進(jìn)行優(yōu)化。如圖2所示，給出了優(yōu)化前后高程模型和光子分布直方圖，可以看出優(yōu)化的效果非常明顯，均方根誤差有顯著下降。
該研究?jī)?nèi)容發(fā)表在《光學(xué)學(xué)報(bào)》第38卷第12期，且被選為當(dāng)期的封面文章，具體文章內(nèi)容點(diǎn)擊查看：
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