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出版社： 科学出版社
ISBN：9787030431745
商品编码：29370713114
包装：平装
出版时间：2015-01-01
具体描述
| 图书基本信息 | |
| 图书名称 | 星载激光雷达数据处理与应用 |
| 作者 | 王成 |
| 定价 | 99.0元 |
| 出版社 | 科学出版社 |
| ISBN | 9787030431745 |
| 出版日期 | 2015-01-01 |
| 字数 | 320000 |
| 页码 | |
| 版次 | 1 |
| 装帧 | 平装 |
| 开本 | 16开 |
| 商品重量 | 0.4Kg |
| 内容简介 | |
| 《星载激光雷达数据处理与应用》深入探讨和分析星载激光雷达波形数据的处理方法，波形数据与多源遥感数据融合在森林植被结构参数、城市建筑高度和冰川等方面的应用，以及下一代星载激光雷达数据的处理方法和应用等。《星载激光雷达数据处理与应用》共分10章，章介绍激光雷达技术的理论和发展历程，以及测距激光雷达和星载激光雷达的研究进展；第2章和第3章详细介绍星载激光雷达数据以及波形数据处理方法；第4~8章探讨星载激光雷达数据及其与多源遥感数据融合，在森林冠层高度、叶面积指数、生物量、城市建筑高度以及冰川参数反演方面的应用；第9章和0章介绍新一代星载激光雷达数据处理方法与应用，以及未来星载激光雷达的发展趋势。 |
| 作者简介 | |
| 目录 | |
| 编辑推荐 | |
| 《星载激光雷达数据处理与应用》适于激光雷达遥感、全球变化、林业、测绘、数字城市等方面的专家、学者和高校师生阅读、参考，也可作为遥感、测绘、林学、地理信息系统等专业的科研院所研究人员、高等院校师生的参考用书。9787030431745 |
| 文摘 | |
| 章绪论 1.1激光雷达介绍 1.1.1激光雷达 “雷达”源自英文radar(radio detection and range)-词，以毫米微米等电磁波作为信息载体，利用波的振幅频率相位和偏振来搭载信息，用于测量距离角位置速度等运动参数和反射率散纖面及形状等目标特征参数而激光雷达是现代激光技术与光电探测技术相结合的产物，是传统的微波雷达向光学频段的延伸(Wagner et al.，2006)它是一种以激光器作为发射光源采用光电探测技术的先进技术在工作原理上，激光雷达与雷达相似’区别在于激光雷达是以激光为信息载体，可以测距定向，并可通过位置径向速度物体反射和散射等特性来识别目标特性(戴永江，2002) 激光雷达系统一般由发射系统接收系统信号处理系统及相关控制系统组成 1.发射系统 发射系统包括激光发射器激光调制器光束控制器和光学发射天线激光发射器由激光电源和激光器等组成，用于产生和发射激光激光调制器能将发射的激光调制成探测所需的连续波或脉冲，并形成探测所需的特定频率幅度偏振化相位脉宽脉幅和重复频率光束控制器主要功能是控制激光束在空间的位置方向及激光束宽度光学发射天线(发射望远镜)通过改变激光束宽度和波形形状来达到所需的波形参数，使探测目标获得的能量大 2.接收系统 接收系统包括光学接收天线和光电探测器前者通常也称为接收望远镜，主要任务是接收目标的反射和散射信号，并经能量汇集后输入光电探测器的光敏面后者获取天线接收的信号，并将其转换为电信号号 3.信号处理系统 信号处理系统包括信号预处理系统和信号处理系统信号预处理系统首先利用前置放大器将电信号进行匹配滤波去噪信噪比增强，以及频率相位和偏振等预处理，再经主放大器放大到功率信号处理系统将预处理后的信号处理为含有速度距离角度和目标图像特征等信息，然后通过模/数转换器转变为数字信号，后转变为可分析显示及传输的数据和图像信息' 4.控制系统 控制系统包括伺服系统和通信系统伺服系统主要是利用处理器提供的角速度和角度信息来控制激光雷达对捕获目标的跟踪通信系统将处理器输出信号以光电通信方式传输到其他控制中心并进行存储或其他操作(戴永江，2002) 1.1.2激光雷达分类 经过几十年的发展，激光雷达种类也在不断增加，不同学者对激光雷达有不同的分类方法通常可根据搭载平台激光波长激光发射波形激光介质探测方式激光雷达功能及用途等对激光雷达进行分类(胡炜，2003;文斐，2013) 1.按照搭载平台 按照搭载平台’激光雷达可分为天纖光雷达空基激光雷达和地基激光雷达三类天纖光雷达主要以卫星航天飞机太空站等航天器为平台;空基激光雷达主要以固定翼飞机直升机无人机等航空器为平台;地基激光雷达主要包括地面(三脚架固定)船载车载及手持激光雷达等 2.按激光器所采用的激光波长 激光雷达可分为紫外激光雷达可见光激光雷达和红外激光雷达激光雷达由初的可见光波段拓展到红外波段，甚至紫外波段紫外波段通常为0.31.0.38^5，可见光波段在0.381.0.74_，红外波段又可以分为近红外(0.721.1.5pm)中红外!51.5.6pm)和远红外(5.61.100(05)(赵英时，2003) 3.按激光发射波形 激光雷达可分为脉冲激光雷达和连续波激光雷达脉冲激光雷达主要利用激光脉冲在发射和接收信号之间往返传播的时间差来进行测量;连续波测量模式是一种间接方式，利用无线电波段频辆激光束进行幅麵制并测定调制光往返观测目标-次所产生的相位延迟，后据i周制光波长體此相位迟所細距离，该模式则量精度高 4.按探测方式 激光雷达可分为直接探测激光雷达和相干探测激光雷达两类直接探测激光雷达较为简单，激光器发射的信号经目标反射后被接收系统收集，雷达将接收的辐射直接转换成信号，并通过测量信号往返时间来确定激光器和目标之间的距离;相干探测激光雷达由激光器本身振荡辐射与回波形成混合信号，终信号与两种辐射场的相对位置有关(胡春生，2005) 激光雷达可分为气体激光雷达和固体激光雷达气体激光雷达利用气体或蒸汽作为工作物质来产生激光，主要以C02激光器为代表，采用波长为10.61.m，其特点是相干性好波束窄视场小抗干扰能力强’同时还具有良好的大气传输性兼容性及使用安全等优点，缺点是体积庞大而沉重固体激光雷达又可以分为半导体激光雷达和二极管泵浦固体激光雷达，前者以激光条为基本单元，输出功率大工作电流大热损耗大;后者以钇铝石榴石(YAG)激光器为代表，采用高重复频率高峰值功率的二极管泵浦固体激光器和高灵敏度的雪崩二极管探测器，体积小质量小价格低，虽然相对于气体激光器其转换效率低’但仍然是目前光雷达发展的重点 6.按激光雷达功能 激光雷达可分为激光测距雷达激光测速雷达激光测角和跟踪雷达激光成像雷达测深激光雷达激光目标指示器和生物激光雷达等 7.按激光雷达用途 激光雷达可以分为测距激光雷达火控激光雷达靶场激光雷达跟踪识别激光雷达侦毒激光雷达多功能战术激光雷达气象激光雷达和大气监测激光雷达导航激光雷达等 8.按接收回波类型 激光雷达可以分为波形激光雷达和离散激光雷达两种波形激光雷达可对回波信号进行精细采样，采样次数可达几百次，能进行波形重构;而离散激光雷达仅进行有限次回波米样 9.按光斑大小 激光雷达可以分为大光斑激光雷达和小光斑激光雷达例如，星载激光测高系统GLAS的光斑直接约为70m，属于大光斑激光雷达系统;而机载激光雷达光斑通常从几厘米到几十厘米，属于小光斑激光雷达系统(骆社周，2012) 1.1.3激光雷达的特点 激光雷达使用的激光束的工作频率比微波高，其特点主要表现为: (1)获取地物三维空间信息快速直接激光雷达大的特点是测距功能，能够直接快速获取目标高精度高密度的三维空间信息 ⑵分辨率高激光波长短方向性好，具有极高的角度距离和速度分辨率，通常角分辨率约为0.lmrad，可同时跟踪多个目标 (3)抗干扰能力强激光直线传播方向性好，光束非常窄隐蔽性好;不受无线电波干扰，能穿透等离子鞘，低仰角工作时受地面多路径效应影响小 (4)激光波长短可以在分子量级上对目标探测，其他雷达不具备这样的功能 (5)低空探测性能好微波雷达易受各种地物回波的影响，低空探测时存在盲区而激光雷达只有被照射目标才会产生反射’不受其他地物的影响 (6)与功能类似的微波雷达比较’激光雷达的体积更小质量更小小 (7)穿透性强激光雷达脉冲频率高，可以穿透森林植被到达林下，蓝绿激光雷达还可以穿透深度水体获取水下地形信息 激光雷达优势明显働有其不足之处首先，激光受天气和大气影响大:晴朗天气激光衰减较小’传播距离远;而大雨浓烟浓雾等恶劣天气激光衰减急剧加大，传播距离短;另外，大气湍流也会降低激光雷达的测量精度其次，激光雷达的波束极窄，搜索目标非常困难，影响目标的截获概率和探测效率 1.1.4激光雷达的应用 激光与目标接触后的作用方式主要包括反射(瑞利米氏和拉曼)散射吸收和透射等麵(张金业，2010)其中，反射通常用于测量距离，是激光雷达重要应用之一按应用领域不同可分为科学试验激光雷达民用激光雷达和军用激光雷达 1.科学试验领域 科学试验领域主要利用星载激光雷达系统进行测距，主要用于行星月球大气探测对地探测等方面 1)行星探测 行星探测主要利用激光高度计的测距功能，对火星水星或者其他小行星等的地形地貌进行探测，同时还可以获取行星表面反射率特征分析行星表面矿物分布，以及反射率的季节变化，为星体地质科学和物理学研究提供更多的科学数据;通过绘制高精度地形图’为人类未来登陆这些行星科学选择着陆点提供地学和地形学上的雜 2)月球探测 月球是距离地球近的天体，了解月球利用月球资源始终是人类的梦想，月球地形为人麵究月球内部结构及其演化提供重要的基础信息利用飞船搭载的激光雷达高度计可以测量月球山体撞击坑及其他地形高度，制作月球表面高精度的高程图，也可以研究月球岩石圈的应力应变特性，或者结合重力信息研究月球外壳密度及其空间分布另外，还可以通过激光波束测量月球表面的起伏程度，通过反射能量强度来测量月球表面反射率’以及通过激光波束的不同返回时间测量月球表面的倾斜度;结合月球表面的数字高程模型(digital elevation model，DEM)，可以确定月球表面上阴影区和光照区的分布，这些研究可为探月计划中选择登陆点和建设基地等提供参考 2.民用领域 1)大气探测应用 激光雷达可以监测气溶胶和云的特性云与气溶胶相互作用，以及大气质量与污染物的扩散等气溶胶浓度是繼大气污染程度的标准之一，激光与气溶胶粒子作用发生米氏散射，根据这一特性完成气溶胶浓度和能见度测定及其时空分布的动态监测另外，差分吸收激光雷达还可以观测大气成分以及测量风速气温湿度等气象魏 2)对地探测应用 ⑴基础绘激光雷达可获取高密度高精度的点云数据，记录目标表面的三维坐标选用合适的点云滤波算法可去除植被建筑物等地上目标的激光点云，然后通过构建不规则三角网(TIN)提取数字高程模型星载激光雷达数据空间分辨率较低，但是垂直分辨率高’能获取目标点的高精度三维坐标信息’可以用于全球高程测量以及控制点 获取 ⑵文化遗产保护地面激光雷达能获取遗产表面结构或者考古现场真实形态的高密度点云数据，通过点云处理模型构建和纹理映射等步骤产生遗产及其周边环境的真三维数字模型，也可实现考古过程的数字化和动态记录 (3)数字城市激光雷达对地面難物进行多角度扫描，快速获取城市中各类建筑物的三维点云数据，处理后得到“数字城市”建设所需要的高精度真三维可量测且具有真实感的城市難三维模型，实现对建筑目标的量测及实时交互呈现 ⑷工程测量激光雷达已逐步应用于土木建筑工程巷道与洞测量工厂设施与管线测量大坝变形监测等，涉及建筑产业采矿产业电力产业等多个领域 (5)林业调查激光雷达技术可以用来提取树高冠幅地上生物量冠层覆盖率叶面积指数林木密度蓄积量等信息，还可以提取林下地形信息 (6)极地冰盖监测激光雷达能够测量极地冰盖表面特征冰层厚度变化，还可以测量海冰高程粗糙度及表面反射率等例如，星载激光雷达GLAS数据的覆盖范围广，已经被成功用于南北两极冰盖变化及全球海平面变化的研究 3)测鎌光雷达 测深激光雷織射大功率窄脉冲蓝绿激光，可以穿透几米到几十米的水体，通过接收反射回波探测水下目标的方位速度等参数，还可以识别水下目标的形状特征，通常用于海洋测绘和水下目标探测 3.军事领域 激光雷达主要应用于战场侦测跟踪及火控系统等方面。 1)战场侦察激光雷达 激光雷达与传统成像技术的区别在于可通过采集方位角俯冲角距离速度强度等数据显示仿真图像，不仅能获取的三维地理信息，还可产生分辨率极高的辐射强度图像速度图像距离图像等，是战场侦察的有效手段，在军事领域有着广阔的应用前景 2)火控及跟激光雷达 20世纪70年代末激光雷达开始用于武器的火控系统基于测距跟踪测速等特点，激光雷达已应用于军事跟踪测量，可在大角度范围内以高跟踪修正速率跟踪单个或多个目标 3)其他军赚光雷达 激光雷达还可以应用于武器鉴定指挥引导障碍回避导弹发射初始段和低飞目标的测量 1.2激光雷达理论 激光雷达通过发射脉冲信号并接收回波信号来对物体表面进行非接触的探测，其遥感过程主要包括两个内容:①信号与大气的相互作用，包括脉冲下行与反射信号上行;②物体与信号的相互作用，包括散射吸收与透射等研究激光雷达观测机理对激光雷达产品生产及地表参数反演有重要意义然而，激光雷达接收信号不仅反映了遥感过程，还受传感器性能观獅象表面特性以及周围环境等因素的影响通常激光雷达的工作过程可以用激光雷达方程来表达，激 |
| 序言 | |
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