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《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
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| 內容簡介： |
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《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，第1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章和第10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。
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| 目錄：
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《地球观测与导航技术丛书》出版说明序
前言
第1章 绪论
1.1激光雷达介绍
1.2激光雷达舰
1.3激光雷达发展历程
1.4测距激光雷麵究进展
1.5星载激光雷麵究进展
1.6小结
参考文献
第2章 星载地球科学激光测高系统简介
2.1概述
2.2GLAS工作原理
2.3GLAS数据误差分析及改正
2.4GLAS数据产品
2.5GLAS数据应用
2.64小结
参考文献
第3章 GLAS数据处理与波形分析
3.1概述
3.2数据预处理
3.3波形数据处理算法
3.4波形特征提取
3.5小结
参考文献
第4章 GLAS估算森林平均高度
4.1概述
4.2森林高度估算的研究进展
4.3数据及数据处理
4.4GLAS光斑点的森林平均高度估算
4.5GLAS与MISR数贩演连续赫平均高度
4.6GLAS与M0DIS数贩演森林平均高度
4.7小结
参考文献
第5章 GLAS反演森林叶面积指数
5.1叶面积指数酿进展
5.2酿区域概况
5.3数据获取与处理
5.4GLAS光斑内LAI反演
5.5GLAS与TM数据联合反演LAI
5.6小结
参考文献
第6章 GLAS估算森林生物量
6.1赫生物酿进展
6.2酿区概况
6.3试验数据
6.4基于赫高度的云南省森林生物量估算
6.5基于波形半能量高度的生物量估算
6.6小结
参考文献
第7章 GLAS城市变化监测
7.1城市变化遥感监测概述
7.2实验数据
7.3基于GLAS数据的城市变化监测方法
7.4监测结果与变化分析
7.5小结
参考文献
第8章 GLAS冰川地形坡度估算
8.1概述
8.2酿区域和数据
8.3酿方法繊型
8.4结果与分析
8.5小结
参考文献
第9章 ICESat-2数据处理及应用
9.1ICESat-2介绍
9.2ICESat-2试验与数据处理
9.3ICESat-2应用实例与展望
9.4小结
参考文献
第10章 未来星载激光雷达计划及展望
参考文献
索引
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第1章绪论
1.1激光雷达介绍
1.1.1激光雷达
“雷达”源自英文radarradio 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最大?
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一定功率?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，最后转变为可分析?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?激光雷达由最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5.61.10005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，最后据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，最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?激光雷达最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一定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
月球是距离地球最近的天体，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永久阴影区和永久光照区的分布，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，实现对建筑目标的精确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?巷道与洞穴测量?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?激光雷达能够精确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，不仅能获取精确的三维地理信息，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?基于精确测距?精确跟踪?精确测速等特点，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
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