高分七号激光测高中全波形回波数据的EMD降噪

针对具有多个高度层的复杂场景,全波形激光测高系统记录的回波信号中往往带有较高的噪声,采用合适的降噪方法将有助于提高计算激光测距的精确性、反演地物垂直结构和构建目标特征参数的准确性。根据高分七号激光测高在轨探测的低信噪比全波形数据的特性,采用经验模态分解（Empirical mode decomposition,EMD）方法来构建典型的本征模函数（Intrinsic mode function, IMF）,对于分解出多个不同尺度IMF的筛选,比较了使用去除高频分量,阈值选取、Wavelet选取和去趋势波动分析（Detrended fluctuation analysis, DFA）等方法与策略,通过降噪效果及定量评价,测试结果表明EMD-DFA1与EMD-1IMF对高分七号激光测高的全波形数据具有较好的降噪效果,其次为EMD-Wavelet和EMD-Threshold。另外通过EMD-DFA1对单个波峰、混叠波峰、多个波峰等不同情况的全波形数据测试,结果表明该方法具有较好的自适应性。     

基于遗传算法的星载激光全波形分解

全波形激光雷达的回波中包含着地物目标的垂直结构特征信息,传统的全波形数据处理方法在提取这些信息时过于依赖初始参数,导致地形复杂地区的数据可利用率低、准确率低。针对这一问题,提出了一种基于遗传算法的波形分解方法。改进后的处理算法无需提供精确的初始参数,用概率性传递规则代替确定性规则,具有全局寻优特点。并以高分七号卫星激光全波形数据进行试验。结果证明,基于改进后的波形处理方法拟合的回波波形与预处理后波形的相关系数在99%以上。文中对森林地区最大树高的反演与ICESat-2的ATL08产品中的森林冠层高度参数进行对比,两者相关系数为0.85,中误差为1.1 m,表明该方法可以较准确地提取复杂波形的特征信息。     

星载激光测高仪多模式回波参数提取方法（特邀）

全波形星载激光测高仪的接收波形特征参数可以用于反演目标的形貌信息,传统的波形处理算法不能用于混叠严重以及偏离高斯形态的多模式波形特征参数提取。针对混叠严重的多模式回波,提出一种基于偏正态拟合模型,使用激励Richardson-Lucy反卷积算法、逐层分解算法、梯度下降法和非线性最小二乘拟合算法相组合的波形特征参数提取方法。采用已知参数的波形数据集、机载仿真波形数据集和全球生态系统动态调查（GEDI）激光雷达波形数据,基于波形相关系数与均方根误差（RMSE）、波形特征参数相对误差、波形分量个数提取正确率等评价指标开展波形处理试验,并将处理结果与传统的高斯分解结果进行比较分析。已知参数波形数据集处理结果的平均波形相关系数提升了约2%,RMSE降低了约47%,波形特征参数相对误差平均降低了约5%,分量个数提取正确率提升了约34%;机载仿真数据和GEDI波形数据处理结果的平均波形相关系数分别提升了约1%和2%,RMSE分别降低了约56%和54%。同时,开展了陡坡区域植被高度解算的仿真试验,得到的植被高度准确程度明显高于传统方法。所有处理结果均表明该方法更有利于多模式回波特征参数的提取以及目标参数的反演。     

基于波形匹配的高分七号星载激光测高仪山地区域脚点定位方法研究

提出了一种基于波形匹配的激光脚点定位方法,该方法以机载激光雷达点云数据作为参考,通过对观测弧段内激光脚点的单点波形匹配和系列脚点相关系数联合处理的方式,精确计算激光指向和距离信息,实现了对高分七号卫星激光脚点在起伏山区的精确定位。使用美国犹他州山地区域的机载激光雷达点云作为当地实测现场数据,对基于论文方法高分七号星载激光测高仪的精确定位数据进行了实验验证。在平均坡度达到20°的犹他州实验区域,观测弧段内高分七号激光脚点高程精度从精确定位前的（2.45±2.93） m提升至（0.27±0.61） m。试验结果表明,该方法可以有效提升高分七号星载激光测高仪观测成果在起伏山区的精度。     

多策略ATLAS数据优选与影像匹配相结合的SAR高程控制点提取

为了精化星载SAR影像几何参数并提高立体定位精度,借鉴星载激光测高数据光学遥感影像高程控制点提取思路,设计了一种多策略高级地形激光测高系统(ATLAS)数据优选与影像匹配相结合的SAR高程控制点提取方法。该方法采用非夜间观测光子滤除、高置信度光子选取、SRTM DEM辅助的粗差剔除、大偏心率椭圆滤波核平坦区域光子筛选等多种策略,从ATLAS数据ATL03级产品中提取高质量、平坦区域的激光高程点,再依据SRTM DEM对斜距SAR影像进行地理编码,按激光高程点的平面坐标选取局部谷歌地球影像作为足印影像,采用秩自相似描述子进行足印影像与SAR地理编码影像的匹配,得到与激光高程点对应的SAR影像像点坐标,从而提取SAR高程控制点。采用中国登封市、日本横须贺市两个区域的ATLAS数据进行了高分三号SAR高程控制点提取实验,利用提取的高程控制点进行SAR影像几何参数精化,大幅提升了立体定位精度,验证了该文高程控制点提取方法的可行性和有效性。      

利用波形匹配实现卫星激光测高脚点精确定位的方法

激光测高仪分米量级的绝对高程精度可以满足地面高程控制点的需求,但其十几米甚至几十米的平面偏移使得其激光脚点仅能在平坦地表区域作为高程控制点使用。通过推导激光回波模型建立回波模型仿真器,综合考虑激光能量时空分布、地表轮廓、地表反射率等器件和目标参数的影响,对没有考虑地表反射率影响的现有波形匹配方法进行改进;进而,使用机载LiDAR点云数据和GLAS波形、能量数据,以仿真波形和真实波形相关系数最大原则进行波形匹配,寻找GLAS激光脚点中心坐标的精确位置。结果表明:在GLAS系统接收能量正常的工作周期内,波形匹配的平均相关系数大于0.9,通过波形匹配提高GLAS激光脚点的平面精度,能够实现约2 m的平面定位精度。研究方法能解决复杂地表条件下的激光高程控制点获取问题。     

地形地物对星载激光测高仪回波信号的影响

地形地物的回波信号特性影响着星载激光测高仪测量精度。对星载激光测高仪回波脉冲信号进行了理论分析,建立了地形地物数学物理模型,对不同地形地物的回波信号进行了数值模拟研究;在采用不同回波信号检测的情况下,分析了不同地形地物造成回波信号的变化所引起的测量误差。研究结果对保证星载激光测高仪测量精度具有重要的意义。     

基于星载激光测高仪多模式回波的激光测距修正值分析

星载激光测高仪多模式回波是由多个目标产生的子脉冲组合而成。根据多模式目标的空间分布特点,采用倾斜角、区域面积、中心位置和高度等参数实现其子目标的几何化建模,结合目标响应函数的基本定义,利用线积分的方式构建了子目标响应函数的表达形式。同时,基于一阶矩理论推导出子目标激光测距真值及其修正值的数学模型。以星载激光测高仪GLAS系统参数为输入,利用数值分析的方法,模拟出子目标倾斜角、面积和位置对接收脉冲回波形态和激光测距修正值的影响。结果表明,随着子目标倾斜角、区域面积和子目标偏离光斑中心距离的增加,激光测距修正值也逐渐增大。针对平坦目标、缓坡目标和陡坡目标,其激光测距修正值分别达到1.33 m、4.98 m和12.07 m,其影响程度非常大。基于激光测距修正值的分布规律,以子目标倾斜角、面积和中心偏距为变量,采用线性函数描述了激光测距修正值的理论表达形式,所得结论对于提升多模式激光测距值的测量精度具有重要的指导作用。     

光束发散角对星载激光测高仪森林回波的影响

植被树高是生物量评估和森林生态监测的重要参数,但是大区域的植被树高数据获取困难.由大光斑星载激光测高系统森林回波可反演大区域植被树高,然而大坡度山区的植被和地面回波混叠严重,难以准确提取波形参数反演植被树高.为此建立森林目标回波的解析模型,推导出从混叠回波中分离植被和地面回波的必要条件,指出导致回波混叠的因素除了目标粗糙度和坡度,还有发射脉冲的发散角.分析了地表粗糙度和地形坡度对植被冠层回波的展宽效应及其对波形分解的影响,通过比较实测GLAS波形和仿真回波波形,验证了压缩光束发散角可降低森林回波对大坡度地形的敏感性.对于卫星轨道高度在500~600 km之间时,激光测高仪光束发散角一般在40~60μrad,更有利于森林植被树高的反演.所得结论为提高大坡度山地森林树高反演精度,从星载激光测高仪的系统设计角度提供了有意义的参考.     

空间固体激光器的研究进展

近年来,空间激光技术由于在地球科学和深空探测等领域具有重要的应用前景而引起了广泛的关注.回顾了国外空间固体激光器的发展状况和历程,总结了空间固体激光器在各领域的应用情况,以激光雷达和激光高度计为主,介绍了空间固体激光器的性能、指标及其发射后出现的问题.最后简要分析了空间固体激光器研制的关键技术及发展趋势.     

Free-electron lasers with variable parameter wigglers

A general discussion of the free-electron lasers (FEL's) with variable parameter wigglers is presented with a view towards their potential for the production of high power optical radiation at reasonable efficiency. The theoretical analysis is based upon a one-dimensional relativistic Hamiltonian formulation and is developed in a manner to take advantage of the analogy between the FEL process and radio frequency accelerators. Three promising operational modes are identified and analyzed. The first may be thought of as an electron decelerator and is thought to have the most promise for single-pass devices. Both oscillator and amplifier configurations are studied. The second is based upon adiabatic trapping and detrapping, intended to reduce the spread in electron energy typically induced by the FEL process. The third is based upon the method of phase area displacement. It has the advantage of wide gain bandwidth and small induced energy spread, and is thought to have the most promise for storage ring applications. Generally speaking, it is found that high peak power is intrinsic to these modes of operation. Potential problems from parasitic oscillations analogous to the stimulated Raman effect are analyzed, and some others arising from transverse inhomogeneity are identified.     

对地观测星载激光测高系统高程误差分析

星载激光测高系统通过接收卫星平台激光器发出的激光脉冲经地表反射的微弱回波,计算卫星与地表的距离;结合卫星轨道和姿态数据,生成激光脚点精确地理位置和高程结果.其高程误差主要受器件、环境和目标参数影响,目前还没有完整描述对地观测星载激光测高系统平面和高程误差的数学模型.简化并完善了针对固体地表的激光测距误差模型,建立了完整的激光脚点平面和高程误差模型.利用高程精度和空间分辨率更高的机载Lidar数据评估了星载激光测高系统GLAS实测数据的高程偏差,评估结果符合所建误差模型.在较平坦的冰盖表面,GLAS系统高程精度可以达到设计值约15 cm.研究内容对测高系统高程误差评估和系统参数设计具有参考意义.     

Scalar quadratic control with amplitude constraints

The letter presents a derivation of the control law which satisfies a scalar quadratic performance index, subject to a hard constraint on the magnitude of the input variable. The solution forms a basis from which adaptive control systems with input constraints may be derived.     

星载测控天线的布局与设计

星载测控天线是每颗卫星必备的设备之一,其方向图的设计不仅要考虑正常运行时的测控通信需要,也要保证卫星姿态异常情况下能够与地面进行测控通信,因此星载测控天线往往通过几副天线的合成来达到方向图的准全向,但合成部位存在干涉区,此干涉区在某些情况下会影响正常的测控通信。主要阐述通过对天和对地分配能量的调整,以及对天和对地天线的合理布局和设计来调整干涉区的位置,从而满足不同卫星的使用要求。     

Evaluation of noise parameter extraction methods

The influence of the algorithm used for noise parameter fitting on the accuracy of the microwave noise parameter measurements is investigated. Five different commonly used algorithms are compared by a statistical analysis including instrument accuracy specifications. Some of these algorithms are found to be more efficient in terms of available accuracy and computer time. The best predicted available accuracies reported betwen 4 and 20 GHz for each noise parameter compare well with observed accuracies on noise parameter measurements performed with a dedicated test set on a noise standard made of a passive two-port. The accuracy on minimum noise figure is found to be 0.1 dB maximum     

Chemical control of HgBr lasers

The selection of electrode and laser materials for long life operation of HgBr lasers is discussed. The results of thermochemical considerations in conjunction with experimental life tests to evaluate suitable materials indicate that gold-plated nickel is inert to HgBr laser gases. A HgBr2constitution system using MoBr2as a bromine source to take care of unavoidable areas that are not plated in a gold-plated nickel laser has been installed to extend the operating life of a HgBr laser to more than 10⁸shots without any degradation in performance.     

可调谐激光器波长控制

文章介绍了可调谐激光器的波长调节及稳定控制的设计方法,并通过试验验证了其可行性.该设计由温度控制、偏置电流控制及锁波电路3部分组成,温度控制粗调波长,偏置电流控制微调波长,而锁波电路主要是针对外界温度发生变化时提供反馈.它适用于温度控制型分布反馈式 (DFB)可调谐激光器的外围电路设计.     

一种改进的星载SAR图像控制点几何校正模型

星载合成孔径雷达(SAR)用电磁波获取地球表面的电子图像。由于是侧视成像,SAR图像固有地含有定位误差,这些误差来源于SAR成像几何、成像模式、散射特性以及图像形成过程。因此,在SAR图像使用中必须考虑这些误差并予以校正。利用先验控制点信息可提高星载SAR图像定位精确度,校正几何畸变。分析了星载SAR图像定位的系统误差传递规律,通过将误差传递特性相似的系统误差源进行等效合并,提出了一种改进的系统误差校正模型,蒙特卡洛(Monte-Carlo)仿真实验验证了新模型具有更高的系统误差校正精确度。     

一种参数自适应的ABR业务流量控制算法

在对二进制ABR流量控制算法建模的基础上，得出缓存队列长度与相关参数的关系。根据这种关系，经过比较分析，提出一种参数自适应算法，通过动态选择Nnm值，加快了网络对拥塞的响应速度。仿真表明，该算法在减轻振荡、快速解除拥塞以及减小对缓存的依赖方面有着良好的性能。