星载光子计数激光雷达海面点云仿真方法

发布时间：2022-10-08 14:44

　　星载光子计数激光雷达作为一种新的探测体制激光雷达,已开始应用于海面测量。然而受海风等多种因素的影响,海面存在一定的粗糙度和较大的起伏变化,因此光子计数激光雷达返回的信号点云在返回能量和信号光子分布上存在较大的变化,潜在的影响到了海面高程测量精度。本文基于JONSWAP海浪谱和微面元模型理论,结合蒙特卡洛方法建立了光子计数激光雷达海洋目标的仿真模型。以ICESat-2星载光子计数激光雷达的系统参数作为输入,仿真了不同风速条件下海面的信号光子分布,通过与ICESat-2实测结果对比证明了仿真方法的正确性。基于仿真模型,分析了不同风速条件下,光子计数激光雷达的测距误差分布。结果表明,光子计数激光雷达测得的海面高程小于实际参考海面,且测量偏差和标准差随风速增加而增大,当风速为10m/s,累计脉冲次数为100次时,测量偏差约为-2.5 cm,标准差为3.6 cm。所建立的仿真模型和分析结果对优化针对海面观测的星载光子计数激光雷达的系统参数设计和平均海面观测结果修正具有重要的参考意义。 

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【部分图文】：

图４利用随机海面仿真生成光子点云分布（ａ）仿真的光子点??云分布，（ｂ）仿真点云的髙程累计直方图；??Ｆｉｇ．?４?Ｐｈｏｔｏｎ?ｐｏｉｎｔ?ｃｌｏｕｄ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｇｅｎｅｒａｔｅｄ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｒａｎ？??ｄｏｍ?ｓｅａ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?（ａ）?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ?ｐｈｏｔｏｎｓ，??（ｂ）?ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ?ｈｉｓｔｏｇｒａｍ??

图８不同风速情况下的光子计数激光雷达的海面高程偏??差和标准差（ａ）平均高程偏差，（ｂ）高程标准差??Ｆｉｇ．?８?Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ?ｂｉａｓｅｓ?ａｎｄ?ｓｔａｎｄａｒｄ?ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ?ｆｏｒ?ｐｈｏｔｏｎ？??ｃｏｕｎｔｉｎｇ?ｌｉｄａｒｓ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｗｉｎｄ?ｓｐｅｅｄｓ?（ａ）ａｖｅｒａｇｅｄ?ｅｌｅｖａｔｉｏｎ??ｂｉａｓ，?（ｂ）?ｅｌｅｖａｔｉｏｎ?ｓｔａｎｄａｒｄ?ｄｅｖｉａｔｉｏｎ??

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于JONSWAP谱的海面浪形模拟（英文）[J]. 张学敏,吴立民,张丽莎,龙亮.  红外与激光工程. 2018(S1)



本文编号：3687900