单光子激光测高数据处理技术研究——以MABEL数据为例

摘要

单光子探测技术的激光测高仪具有微脉冲、高重频、多波束、小足印、高效率、轻量化等显著优势，已成为未来主动式对地观测激光测高的发展趋势。国外对单光子探测技术的研究已经初见成效，目前国内的研究仍仅仅围绕硬件设备的研发，对单光子激光测高技术的研究国内基本为空白，对于后续深入数据处理及应用都还刚起步，而且至今为止，国内的科研工作者对于单光子激光测高数据处理的研究与应用较少，并没有可观性的成果，所以论文开展单光子激光测高数据处理技术的研究，具有很好的研究和应用价值。
　　通过开展大量的调研，从目前国际上最先进的单光子激光测高卫星ICESat-2的工作原理，工作目标，ATLAS测高仪的参数，单光子数据产品等方面的研究出发，判定单光子激光测高技术为未来对地测领域的发展方向，针对单光子激光测高数据处理技术分析总结了国外以NASA开展的多波束试验激光雷达(MABEL)采集的数据为依据研究的数据处理算法，梳理了单光子数据处理的关键技术。论文以MABEL数据为基础设计了单光子激光测高数据去噪与分类方法和数据处理流程，然后开展实验，验证了该方法的可行性，最后对我国开展单光子激光测高研究给出几点建议。具体的研究内容如下：
　　(1)针对单光子激光测高技术和单光子激光测高数据处理技术的国内外研究现状开展大量调研，从单光子激光测高卫星ICESat-2的工作原理、工作目标、ATLAS测高仪技术参数、单光子数据产品等方面进行介绍，总结了单光子激光测高数据可应用的领域，重点介绍了国外的单光子激光测高数据处理技术。
　　(2)梳理单光子激光测高的基本原理，光子计数测距理论，推导单光子探测理想概率方程，描述了最小二乘法拟合曲线原理，分析和比较了经典的点云滤波算法，总结出各个算法的优缺点。
　　(3)重点介绍了多波束试验激光雷达(MABEL)，分析了MABEL的数据存储形式和数据特点，依据其单光子的数据特点运用经典数据处理算法理论，设计了以MABEL数据为例的单光子激光测高数据去噪与分类方法和单光子激光测高数据处理流程。
　　(4)选定实验区域，以MABEL数据为基础开展单光子激光测高数据处理的去噪与分类实验，对实验后的结果进行了精度和误差分析，并运用模拟仿真的方法验证了去噪和分类算法的可行性。

目录

声明

1绪论

1.1选题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容与结构

2单光子激光测高原理及数据处理关键技术

2.1单光子激光探测基本原理

2.2光子计数测距理论研究

2.3单光子探测理想概率方程推导

2.4最小二乘法曲线拟合

2.5点云滤波算法比较分析

3 MABEL单光子激光测高数据处理方法研究

3.1多波束测高试验激光雷达（MABEL）

3.2 MABEL数据特点分析

3.3基于MABEL的单光子数据处理流程

3.4基于距离统计的点云去噪

3.5最小二乘曲线拟合的分块点云分类

4 MABEL单光子激光测高数据处理实验与分析

4.1研究区域数据概况

4.2数据预处理

4.3点云去噪

4.4点云分类

4.5实验结果分析

4.6实验结论

5结束语

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录