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超高重频卫星激光测距时序电路实现及应用

激光与红外 2024年第7期54卷 1108-1114页

作者：喻荣宗吴志波孟文东徐闰耿仁方龙明亮程少宇张忠萍上海大学材料科学与工程学院上海200444 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200062

高重频卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)具有精度高、捕获快、观测数据量大、可靠性高等优势。但随着重复频率提升至百千赫兹以上,现有测量时序电路无法达到系统运行处理速度和实时后向散射规避等要求。本文提出超高重频卫星... 详细信息

高重频卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)具有精度高、捕获快、观测数据量大、可靠性高等优势。但随着重复频率提升至百千赫兹以上,现有测量时序电路无法达到系统运行处理速度和实时后向散射规避等要求。本文提出超高重频卫星激光测距时序电路设计方法,采用FPGA代替控制计算机进行门控距离实时计算,精确产生门控信号控制探测器开启,并使用了收发交替的方式实时调整激光点火信号以规避后向散射干扰。能够自主完成激光测距中距离门控输出时刻的计算、存储和信号输出,最高工作频率大于500 kHz,满足百千赫兹超高频率测距的要求。该系统已成功应用于上海天文台100 kHz重复率SLR,标准点精度突破200μm,验证了基于FPGA的测距时序电路的正确性和潜力。该电路设计简单、分辨率高、上位机交互方便,为百kHz~MHz的超高重频SLR系统时序控制电路设计提供有效解决方案。

关键词：卫星激光测距距离门控高重频时序电路 100 kHz

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角锥棱镜的斜入射远场衍射图样

物理学报 2021年第15期70卷 85-94页

作者：汤凯程志恩邓华荣耿仁方张忠萍中国科学院上海天文台上海200030 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044

角锥棱镜是激光反射器的主要光学组件,在合作目标卫星激光测距中发挥着关键作用.精确计算角锥棱镜的远场衍射图样是估算激光测距回波能量的必要过程.本文基于角锥棱镜的反射原理,分析了不同激光入射方向对反射器有效反射面积的影响,提... 详细信息

角锥棱镜是激光反射器的主要光学组件,在合作目标卫星激光测距中发挥着关键作用.精确计算角锥棱镜的远场衍射图样是估算激光测距回波能量的必要过程.本文基于角锥棱镜的反射原理,分析了不同激光入射方向对反射器有效反射面积的影响,提出了一种适用范围更广的有效反射面积计算方法,同时分析了激光入射方向对角锥棱镜光学反射率的影响.在此基础上,应用光学标量衍射理论建立了远场衍射图样算法,分别对多种激光入射方向的镀金属(银)膜和无镀膜角锥棱镜进行了远场衍射图样仿真计算,得到了两类角锥棱镜的远场衍射图样分布随入射方向变化的规律.搭建了角锥棱镜远场衍射图样测试系统,通过实测结果与仿真计算的对比分析,验证了仿真计算的准确性.

关键词：角锥棱镜有效反射面积远场衍射图样仿真计算

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高重复率激光时间比对激光发射时序精确控制

红外与激光工程 2021年第10期50卷 127-135页

作者：耿仁方吴志波汤凯李岩孟文东张忠萍南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室江苏南京210008

我国空间站即将首次开展高重复率(~kHz)星地激光时间比对,搭载的星载探测器拟采用固定门控开启模式,对地面激光发射时序的控制提出了高实时、高重复率和高精度等要求。基于卫星激光测距(SLR)的距离门控原理,提出高重复率激光时间比对地... 详细信息

我国空间站即将首次开展高重复率(~kHz)星地激光时间比对,搭载的星载探测器拟采用固定门控开启模式,对地面激光发射时序的控制提出了高实时、高重复率和高精度等要求。基于卫星激光测距(SLR)的距离门控原理,提出高重复率激光时间比对地面激光点火信号精确产生方法,以使上行激光脉冲能在门控信号之后短时间内到达星载探测器,极大减少噪声干扰。该方法可在单片可编程门阵列FPGA中实现,具有重复率大于10 kHz、控制精度5 ns以及软件交互简单等优势,结合方法计算精度和半导体泵浦激光器的纳秒级触发抖动,预计地面激光发射时刻精度最终控制在10 ns以内,满足空间站激光时间比对激光发射时序的控制需求,并可为其他激光时间比对工程的实施提供技术支持。

关键词：卫星激光测距激光时间比对高重复率激光发射时序距离门控

卫星激光测距系统皮秒准确度时延标定研究及应用

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红外与激光工程 2023年第10期52卷 98-109页

作者：林海声吴志波郑敏龙明亮耿仁方喻荣宗张忠萍上海大学机电工程与自动化学院上海200444 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 上海大学材料科学与工程学院上海200444

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)以脉冲激光为媒介获取卫星的精确距离,是空间大地测量技术中准确度最高的手段。在传统卫星激光测距系统中,通过测量已知距离的固定靶目标实现系统总时延的标定,对获取单向发射或接收时延的研... 详细信息

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)以脉冲激光为媒介获取卫星的精确距离,是空间大地测量技术中准确度最高的手段。在传统卫星激光测距系统中,通过测量已知距离的固定靶目标实现系统总时延的标定,对获取单向发射或接收时延的研究较少,这制约了卫星激光测距在激光时间比对、多台站协同测距及行星际激光测距等方面的应用。文中开展皮秒准确度时延标定方法的研究,首先,分析了卫星激光测距系统的时延组成及影响因素;其次,以中国科学院上海天文台卫星激光测距系统为平台,开展电学、光学和光电转换等时延的高精度测量,并将各部分时延组合完成收发时延的标定;最后,分析发射和接收时延标定的准确度,并将时延标定方法应用于地靶距离偏差的校验,验证时延标定方法的可行性。结果表明,发射和接收时延标定的准确度分别优于11 ps和13 ps,地靶距离偏差与国际激光测距组织(ILRS)反馈值相差仅11 ps。

关键词：卫星激光测距时延标定单向时延激光时间比对距离偏差

基于卫星反射器的转发式激光时间传递试验研究

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中国激光 2023年第18期50卷 270-279页

作者：耿仁方吴志波黄勇林海声喻荣宗汤凯张海峰张忠萍中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院大学北京100049 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室江苏南京210008 上海大学机电工程与自动化学院上海200444 上海大学材料科学与工程学院上海200444

基于星载曲面镜的转发式激光时间传递具有零时延、高可靠性和高准确度等优势,但由于缺少合适的卫星试验平台,该技术目前仅限于理论分析,尚未获得有效试验数据及性能评估结果。本文将相邻的两套卫星激光测距(SLR)系统作为试验台站,以激... 详细信息

基于星载曲面镜的转发式激光时间传递具有零时延、高可靠性和高准确度等优势,但由于缺少合适的卫星试验平台,该技术目前仅限于理论分析,尚未获得有效试验数据及性能评估结果。本文将相邻的两套卫星激光测距(SLR)系统作为试验台站,以激光卫星上搭载的反射器作为转发载荷,开展了转发式激光时间传递试验研究。首先,介绍了转发式激光时间传递的基本原理及理论;然后,对上海天文台SLR系统进行适应性改造,搭建了转发式激光时间传递试验系统,并开展了不同激光卫星的实测试验;最后,分析获得的时间传递结果,研究影响该技术性能的主要因素。试验结果表明:该技术可以获得优于100 ps的精度以及ns的准确度,单向工作模式可行,为转发式激光时间传递的发展提供了有力支撑。

关键词：测量卫星激光测距激光时间传递反射器曲面镜

多频率InSAR提取沼泽湿地DEM精度对比分析

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测绘通报 2019年第10期 1-7页

作者：付波霖耿仁方李颖高二涛范冬林桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林541004 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044 中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102

选取3种波长的干涉SAR数据对提取沼泽湿地区域的DEM,并随机从1∶10 000地形图中选取111个点数据进行精度验证,最后对比分析了沼泽湿地植被对于不同SAR波长的干涉相干性差异。结果表明:L-band ALOS-1 PALSAR精细模式的HH单视复数数据与1... 详细信息

选取3种波长的干涉SAR数据对提取沼泽湿地区域的DEM,并随机从1∶10 000地形图中选取111个点数据进行精度验证,最后对比分析了沼泽湿地植被对于不同SAR波长的干涉相干性差异。结果表明:L-band ALOS-1 PALSAR精细模式的HH单视复数数据与1∶10 000地形图数据吻合度较好,76.58%的高程值差异在3 m以内,其相干系数比C-band Sentinel-1A IW模式的VV单视复数数据和X-band TerraSAR HH单视复数数据要高;更适合利用雷达干涉测量技术提取沼泽湿地的DEM;不同湿地植被类型的相干系数有较大差异,岛状林和灌草结合的湿地植被分布区相干系数值较大,而浅水沼泽植被区和深水沼泽植被区相对较低。

关键词：合成孔径雷达干涉测量数字高程模型沼泽湿地精度验证干涉相干性差异

面向对象的无人机遥感影像岩溶湿地植被遥感识别

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测绘通报 2020年第11期 13-18页

作者：耿仁方付波霖金双根蔡江涛耿万轩娄佩卿南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044 桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林541004 南京信息工程大学地理科学学院江苏南京210044

以广西桂林会仙喀斯特国家湿地公园为研究区,以无人机航摄影像为数据源,综合利用面向对象的影像分析技术、随机森林算法、阈值分类方法和Boruta全相关特征变量选择算法进行岩溶湿地植被的遥感识别。结果表明:针对不同特征变量对岩溶湿... 详细信息

以广西桂林会仙喀斯特国家湿地公园为研究区,以无人机航摄影像为数据源,综合利用面向对象的影像分析技术、随机森林算法、阈值分类方法和Boruta全相关特征变量选择算法进行岩溶湿地植被的遥感识别。结果表明:针对不同特征变量对岩溶湿地遥感识别的贡献率而言,光谱特征(DOM>DSM)>纹理特征(DOM>DSM)>几何特征>上下文变量;两个航摄影像数据集的总体分类精度都在85%以上,Kappa系数也高于0.85。本文研究结果对基于高空间分辨率无人机可见光影像的岩溶湿地植被遥感识别在特征变量选择、分割参数选择及方法选择方面具有一定的借鉴意义。

关键词：面向对象岩溶湿地无人机影像多尺度分割特征选择

基于MOD16的珠江流域蒸散量时空分布特征

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桂林理工大学学报 2019年第4期39卷 912-920页

作者：靖娟利蔡江涛耿仁方王永锋桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林541006 桂林理工大学广西空间信息与测绘重点实验室广西桂林541006 南京信息工程大学地理科学学院南京210044 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044

基于2000-2014年的MOD16遥感数据集,分析了珠江流域15年间蒸散量(ET)的年际、年内变化过程及空间格局,结合Theil-Sen中值趋势分析法及Mann-Kendall检验法,对流域内ET的变化趋势进行分析,并探讨了不同地表类型ET的差异性变化特征。研究表... 详细信息

基于2000-2014年的MOD16遥感数据集,分析了珠江流域15年间蒸散量(ET)的年际、年内变化过程及空间格局,结合Theil-Sen中值趋势分析法及Mann-Kendall检验法,对流域内ET的变化趋势进行分析,并探讨了不同地表类型ET的差异性变化特征。研究表明:流域内ET年际波动较大,在941.0~1002.9 mm/a。ET的年内分布呈现单峰型分布,并有较明显的季节差异;多年平均ET整体呈现东高西低、南高北低的空间分布格局,四季平均ET差异较显著,表现为夏季>秋季>春季>冬季;年际ET_Sen的趋势度介于-57.3~44.2,ET整体处于轻微增加状态。不同土地利用类型的年均ET大小为林地>草地>灌木>耕地>荒地,且荒地ET年际波动明显。研究结果对珠江流域水资源合理利用、生态环境改善及旱涝灾害监测预警等有着重要的实践参考意义。

关键词：蒸散 MOD16 珠江流域时空分布 Mann-Kendall检验法

基于无人机影像和面向对象随机森林算法的岩溶湿地植被识别方法研究

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地球信息科学学报 2019年第8期21卷 1295-1306页

作者：耿仁方付波霖蔡江涛陈晓雨蓝斐芜余杭洺李青逊桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541004 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044 南京信息工程大学地理科学学院南京210044 桂林理工大学土木与建筑工程学院桂林541004

目前对岩溶湿地的重视程度远低于其他湿地类型,缺乏利用遥感技术进行岩溶湿地植被高精度识别的研究,但岩溶湿地同其他湿地类型一样,湿地面积退化严重,亟待需要解决。因此,本文选取受人类活动影响较大、湿地退化较为严重的广西桂林会仙... 详细信息

目前对岩溶湿地的重视程度远低于其他湿地类型,缺乏利用遥感技术进行岩溶湿地植被高精度识别的研究,但岩溶湿地同其他湿地类型一样,湿地面积退化严重,亟待需要解决。因此,本文选取受人类活动影响较大、湿地退化较为严重的广西桂林会仙喀斯特国家湿地公园的部分核心区域作为研究区,以DJI大疆御Mavic Pro无人机航摄影像为数据源,利用泛化能力强、分类精度高的面向对象随机森林算法实现了会仙岩溶湿地植被的高精度分类,探究无人机可见光影像和面向对象随机森林算法在岩溶湿地植被识别中的适用性,为无人机遥感技术应用于岩溶湿地的研究和保护提供技术参考。首先,在eCogni tion Developer9.0中利用多尺度迭代分割算法对影像图层进行分割;然后,基于以往在进行面向对象分类研究的经验来指导我们进行特征选择,充分考虑了影像的光谱和纹理特征、植被指数、无人机遥感数据派生的研究区数字地表模型(DSM)和几何特征;最后,在RStudio中实现了随机森林算法参数的调优、模型的构建以及分类。结果显示,面向对象随机森林算法对会仙湿地植被具有较高的识别能力,在95%置信区间内总体精度为86.75%,Kappa系数为0.83。在单一典型岩溶湿地植被识别精度中,狗牙根-白茅-水龙植被群丛的用户精度在90%以上,生产者精度高于80%,竹子-马甲子-桂花生产者精度高于80%,但是用户精度较低,仅为70.59%。

关键词：无人机遥感面向对象随机森林多尺度迭代分割特征选择岩溶湿地植被识别广西桂林会仙喀斯特国家湿地公园