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噪声对星载激光测高仪测距误差的影响

周辉 李松 王良训 郑国兴

周辉, 李松, 王良训, 郑国兴. 噪声对星载激光测高仪测距误差的影响[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2256-2261.
引用本文: 周辉, 李松, 王良训, 郑国兴. 噪声对星载激光测高仪测距误差的影响[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2256-2261.
Zhou Hui, Li Song, Wang Liangxun, Zheng Guoxing. Influence of noise on range error for satellite laser altimeter[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(8): 2256-2261.
Citation: Zhou Hui, Li Song, Wang Liangxun, Zheng Guoxing. Influence of noise on range error for satellite laser altimeter[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(8): 2256-2261.

噪声对星载激光测高仪测距误差的影响

基金项目: 

基础测绘科技计划;测绘地理信息公益性行业专项(201412007);上海航天科技创新基金项目(SAST201422)

详细信息
    作者简介:

    周辉(1979-),男,副教授,博士,主要从事激光遥感、激光测距和激光合作目标技术等方面的研究。Email:abidingmyself@163.com

  • 中图分类号: TN249

Influence of noise on range error for satellite laser altimeter

  • 摘要: 噪声是影响星载激光测高仪测距误差的重要因素。根据星载激光测高仪接收脉冲回波和噪声的分布特点,推导出接收脉冲回波信号时间重心的方差的理论表达形式,建立了噪声对激光测距误差的影响模型。基于激光测距误差最小化的原则,提出了一种星载激光测高仪低通滤波器的优化设计方法。以Geosicence Laser Altimeter System(GLAS)激光测高仪基本测量参数为输入条件,仿真分析了激光测距误差和低通滤波器均方根脉宽的优化结果的分布规律。对于倾斜度为0~40且粗糙度为0~15 m范围内的目标而言,噪声所导致的激光测距误差范围为0.28~32.49 cm,相应地,低通滤波器均方根脉宽优化值的范围为1.4~57.4 ns。针对倾斜度在1范围内的目标,解算得到GLAS星载激光测高仪低通滤波器均方根脉宽为2.2 ns,这与其实际公布的2 ns很接近。同时,低通滤波器的优化结果所对应的激光测距误差发生大幅减小,其最大值减小至10.93 cm,减小幅度接近3倍。结果表明,噪声是影响星载激光测高仪测距误差的重要因素,合理设计低通滤波器的参数可以消除其部分影响,这对于星载激光测高仪的硬件设计和性能评估具有一定实际应用价值。
  • [1] Brenner A C, Zwally H J, Bentley C R, et al. The algorithm theoretical basis document for derivation of range and range distributions from laser pulse waveform analysis for surface elevations, roughness, slope, and vegetation heights [R]. USA: NASA Goddard Space Flight Center, 2012.
    [2]
    [3]
    [4] Chen Shuhang, Li Zile, Chen Mengzhu, et al. Influence of atmospheric multiple scattering effects on the range bias for satellite laser altimeter [J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(9): 2522-2526. (in Chinese)陈舒杭, 李子乐, 陈梦竹, 等. 大气多次散射效应对星载激光测高仪测距偏差值的影响[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(9): 2522-2526.
    [5]
    [6] Ma Yue, Li Song, Zhou Hui, et al. Effect of system parameters on ranging and pulse width in ocean satellite laser altimeter system [J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(3): 813-820. (in Chinese)马跃, 李松, 周辉, 等. 系统参数对激光测高仪海洋测距和回波脉宽影响[J]. 光学 精密工程, 2013, 21(3): 813-820.
    [7]
    [8] Zhou Hui, Li Song, Zheng Guoxing, et al. An optimizational design method for receiver filter bandwidth of satellite laser altimeter[J]. Chinese Journal of Lasers, 2012, 39(9): 136-140. (in Chinese)周辉, 李松, 郑国兴, 等. 星载激光测高仪系统接收滤波器的带宽优化设计[J]. 中国激光, 2012, 39(9): 136-140.
    [9] Garener C S. Ranging performance of satellite laser altimeters [J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1992, 30 (5): 1061-1071.
    [10]
    [11] Harding D J, Bufton J L, Frawley J J. Satellite laser altimetry of terrestrial topography: vertical accuracy as a function of surface slope, roughness, and cloud cover[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1994, 32 (2): 329-339.
    [12]
    [13] Santovitoa M R, Tommasib L, Sgarzic G, et al. A laser altimeter for BepiColombo mission: Instrument design and performance model [J]. Planetary and Space Science, 2006, 54(7): 645-660.
    [14]
    [15]
    [16] Li Song, Zhou Hui, Shi Yan, et al. Theoretical model for return signal of laser altimeter[J]. Optics and Precision Engineering, 2007, 15(1): 33-39. (in Chinese)李松, 周辉, 石岩, 等. 激光测高仪的回波信号理论模型[J]. 光学 精密工程, 2007, 15(1): 33-39.
    [17]
    [18] Abshire J B, Sun X L, Afzal R S. Mars orbiter laser altimeter: receiver model and performance analysis[J]. Applied Optics, 2000, 39(15): 2449-2460.
    [19] Sun X L, Abshire J B, McGarry J F, et al. Space lidar developed at the NASA goddard space flight center-the first 20 years[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2013, 6(3): 1660-1675.
  • [1] 谢俊峰, 刘仁, 王宗伟, 莫凡, 窦显辉.  高分七号星载激光测高仪在轨几何检校与精度评估 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20200396-1-20200396-11. doi: 10.3788/IRLA20200396
    [2] 杜海伟.  弱场偏振探测技术灵敏度及噪声的定性分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0305006-0305006-7. doi: 10.3788/IRLA202049.0305006
    [3] 李泓成, 周辉, 李松, 马跃, 王玥.  面向ICESat-2单光子激光雷达的陆地目标测距误差分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(11): 20200247-1-20200247-8. doi: 10.3788/IRLA20200247
    [4] 姜昊琦, 赵栋, 陈永超, 洪广伟.  一种表征EDFA放大宽谱光源的噪声估测方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 717006-0717006(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0717006
    [5] 何微微, 武魁军, 冯玉涛, 王后茂, 傅頔, 刘秋新, 鄢小虎.  O3辐射源星载干涉仪测风不确定度分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 813001-0813001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0813001
    [6] 姚宗辰, 张合, 张祥金, 黄正祥, 岳连永.  探测距离对激光定距引信探测能力影响的分析与评价 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 303005-0303005(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0303005
    [7] 李国元, 唐新明, 樊文锋, 窦显辉, 马跃.  基于地面红外探测器的星载激光测高仪在轨几何定标 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1117004-1117004(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1117004
    [8] 李少辉, 周辉, 倪国强.  基于星载激光测高仪多模式回波的激光测距修正值分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1006001-1006001(8). doi: 10.3788/IRLA201759.1006001
    [9] 郑华, 郑永秋, 安盼龙, 张婷, 卢晓云, 薛晨阳.  光纤环形谐振腔输入功率波动对谐振式光纤陀螺的影响 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1122002-1122002(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1122002
    [10] 邓潘, 张天舒, 陈卫, 刘建国, 刘洋.  大气探测激光雷达噪声比例因子及信噪比的估算 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 81-86. doi: 10.3788/IRLA201645.S130003
    [11] 周辉, 李松, 王良训, 涂兰芬.  单次大气散射效应对星载激光测高仪接收脉冲回波的影响 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 106002-0106002(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0106002
    [12] 杨驰, 胡文怡, 罗敏, 孙莹莹, 周辉.  椭圆高斯足印对星载激光测高仪测距值及其误差的影响 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 717003-0717003(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0717003
    [13] 刘俊良, 李永富, 张春芳, 王祖强, 方家熊.  基于APD-PIN结电容平衡电路的门控单光子探测器 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3181-3185.
    [14] 王良训, 周辉, 李子乐, 刘国根, 王虹, 王雅培.  面向星载激光测高仪的陆地目标响应函数仿真 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3424-3430.
    [15] 于洵, 朱磊, 姜旭, 武继安, 李建强.  基于微透镜阵列偏振探测器的噪声性能研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 189-195.
    [16] 马跃, 阳凡林, 卢秀山, 冯成凯, 李松.  对地观测星载激光测高系统高程误差分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 1042-1047.
    [17] 刘福浩, 许金通, 王玲, 王荣阳, 李向阳.  GaN基雪崩光电二极管及其研究进展 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1215-1221.
    [18] 朱启明, 王立强, 袁波.  嵌入式系统的制冷CCD相机 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3608-3614.
    [19] 王士绅, 隋修宝, 陈钱, 顾国华.  高速高清CCD自适应相关双采样技术 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 155-159.
    [20] 张闻文, 钱月红, 陈钱, 顾国华.  电子倍增CCD性能参数测试方法研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3390-3395.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-05
  • 修回日期:  2015-01-08
  • 刊出日期:  2015-08-25

噪声对星载激光测高仪测距误差的影响

    作者简介:

    周辉(1979-),男,副教授,博士,主要从事激光遥感、激光测距和激光合作目标技术等方面的研究。Email:abidingmyself@163.com

基金项目:

基础测绘科技计划;测绘地理信息公益性行业专项(201412007);上海航天科技创新基金项目(SAST201422)

  • 中图分类号: TN249

摘要: 噪声是影响星载激光测高仪测距误差的重要因素。根据星载激光测高仪接收脉冲回波和噪声的分布特点,推导出接收脉冲回波信号时间重心的方差的理论表达形式,建立了噪声对激光测距误差的影响模型。基于激光测距误差最小化的原则,提出了一种星载激光测高仪低通滤波器的优化设计方法。以Geosicence Laser Altimeter System(GLAS)激光测高仪基本测量参数为输入条件,仿真分析了激光测距误差和低通滤波器均方根脉宽的优化结果的分布规律。对于倾斜度为0~40且粗糙度为0~15 m范围内的目标而言,噪声所导致的激光测距误差范围为0.28~32.49 cm,相应地,低通滤波器均方根脉宽优化值的范围为1.4~57.4 ns。针对倾斜度在1范围内的目标,解算得到GLAS星载激光测高仪低通滤波器均方根脉宽为2.2 ns,这与其实际公布的2 ns很接近。同时,低通滤波器的优化结果所对应的激光测距误差发生大幅减小,其最大值减小至10.93 cm,减小幅度接近3倍。结果表明,噪声是影响星载激光测高仪测距误差的重要因素,合理设计低通滤波器的参数可以消除其部分影响,这对于星载激光测高仪的硬件设计和性能评估具有一定实际应用价值。

English Abstract

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