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全波形时间域航空电磁响应三维有限差分数值计算

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地球物理学报 2012年第6期55卷 2105-2114页

作者：许洋铖林君李肃义张晓爽王远嵇艳鞠吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室/仪器科学与电气工程学院长春130026

全波形时域航空电磁测量具有解释精度高、分辨率高等优点,已成为新一代时域航空电磁探测发展的趋势.为此,本文基于无源有限差分法,将发射电流离散为若干梯形脉冲元,将脉冲元在时间上产生的电磁场转换为空间初始场,在差分迭代过程中分时... 详细信息

全波形时域航空电磁测量具有解释精度高、分辨率高等优点,已成为新一代时域航空电磁探测发展的趋势.为此,本文基于无源有限差分法,将发射电流离散为若干梯形脉冲元,将脉冲元在时间上产生的电磁场转换为空间初始场,在差分迭代过程中分时引入差分方程,逐步将有源有限差分方程转换为无源有限差分方程,最终实现了发射电流为任意波形时,全波形时间域航空电磁响应的三维数值计算.计算结果表明:在梯形波发射时,对于典型地电模型的航空时间域电磁响应,计算稳定时间大于10ms;与积分方程法相比,发射线圈中心点二次场响应平均误差小于1%.任意源三维全波形数值计算的实现为全波形三维反演和仪器设计奠定了基础.

关键词：任意发射波形时间域航空电磁全波形三维有限差分场源离散

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全波形激光雷达回波信号建模仿真与分析

光学学报 2012年第6期32卷 238-251页

作者：赵明波何峻付强国防科技大学电子科学与工程学院自动目标识别重点实验室中国人民解放军93246部队

全波形回波信号建模仿真与分析是全波形激光雷达探测技术的一项重要研究内容。针对激光束在目标场景中投影点的获取问题,提出了一种基于激光束空间边界的光线求交快速算法,运算效率高,稳定性好。基于激光雷达信号的时空分布特性,推算出... 详细信息

全波形回波信号建模仿真与分析是全波形激光雷达探测技术的一项重要研究内容。针对激光束在目标场景中投影点的获取问题,提出了一种基于激光束空间边界的光线求交快速算法,运算效率高,稳定性好。基于激光雷达信号的时空分布特性,推算出目标场景对信号的响应函数,建立二者的作用过程模型。并针对全回波检测技术中的距离选通探测模式,对目标回波信号与距离选通门限的位置关系进行了分类建模和分析。在研究以上三项关键技术的基础上,构建了全波形激光雷达回波信号仿真系统,仿真实现和分析了不同距离选通门限条件下的全波形回波信号特性,并生成了复杂场景下隐蔽目标的全波形激光雷达数据。

关键词：激光技术激光雷达全波形建模仿真光线求交距离选通

基于机载小光斑全波形LIDAR的作物高度反演

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农业工程学报 2010年第8期26卷 183-188页

作者：周梦维柳钦火刘强肖青中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院研究生院北京100039

为了填补利用激光雷达反演作物冠层高度的空白,本文以全波形激光雷达发射与回波波形的高斯性为理论基础,首先通过对波形的拟合,实现作物与土壤波形的剥离,然后确定回波波形上各关键点,最后结合作物冠层结构的特征获得作物冠层高度。验... 详细信息

为了填补利用激光雷达反演作物冠层高度的空白,本文以全波形激光雷达发射与回波波形的高斯性为理论基础,首先通过对波形的拟合,实现作物与土壤波形的剥离,然后确定回波波形上各关键点,最后结合作物冠层结构的特征获得作物冠层高度。验证结果表明:反演作物冠层高度的绝对误差在0.06m以内,相对误差小于5.2%。该方法对于反演其他植被结构参数也具有重要的借鉴意义。

关键词： LIDAR 全波形高斯分解作物高度

基于波形形态特征的单频机载激光雷达测深全波形数据分类

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红外与激光工程 2023年第9期52卷 156-167页

作者：李莹莹刘子维张静坤吴琳琳纪雪王明常吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130000 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 自然资源部海洋遥测技术创新中心山东青岛266061

单频机载激光雷达测深系统凭借低成本、低负载、高采样率等优势成为大范围海岸带地形地貌探测的理想选择。然而如何解决单频局限,在不依赖辅助传感器情况下实现全波形数据的准确划分成为精确点位坐标解算的关键环节。目前基于全波形形... 详细信息

单频机载激光雷达测深系统凭借低成本、低负载、高采样率等优势成为大范围海岸带地形地貌探测的理想选择。然而如何解决单频局限,在不依赖辅助传感器情况下实现全波形数据的准确划分成为精确点位坐标解算的关键环节。目前基于全波形形态特征进行波形分类研究缺乏系统性评估分析和普遍性结论。该研究尝试从全波形空间形态入手,细化了波形类别(异常波形、过拟合波形、陆地波形、海面波形和测深波形),在已有波形特征基础上,系统分析了不同类别波形的形态特征差异,有针对性地提取了24维波形特征并基于随机森林特征选择和分类模型完成了各特征分类性能及最佳特征组合评估与定量分析。研究证明,包括相邻两点间振幅偏差、震荡主频等在内的6维特征组合对5种波形的分类效果最好,总体分类精度可达98.55%,Kappa系数为0.9820。为了验证特征的普适性,另外选取了一块实验区域进行验证,得到水陆分类的总体精度为96.81%。

关键词：机载激光雷达测深全波形波形特征波形分类

GF-7星载激光测高仪全波形自适应高斯滤波

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红外与激光工程 2020年第11期49卷 124-134页

作者：左志强唐新明李国元李松武汉大学电子信息学院湖北武汉430072 自然资源部国土卫星遥感应用中心北京100048

全波形星载激光测高仪通过向地表发射激光,获得目标表面的后向散射完整波形,可用于地表剖面高程信息及目标表面几何物理参数的反演。GF-7星载激光测高仪部分原始波形存在噪声显著、波峰左偏/右偏和非饱和平峰等情况,对提取有效信息造成... 详细信息

全波形星载激光测高仪通过向地表发射激光,获得目标表面的后向散射完整波形,可用于地表剖面高程信息及目标表面几何物理参数的反演。GF-7星载激光测高仪部分原始波形存在噪声显著、波峰左偏/右偏和非饱和平峰等情况,对提取有效信息造成干扰。针对GF-7星载激光测高仪全波形数据,首先提出了一种波形背景噪声迭代去除方法,然后对波形噪声特点及几何结构进行分析,并进行定量化描述,最终设计了一种顾及波形噪声与结构异构的自适应高斯滤波器。在实验中,将文中方法与已有经典波形滤波算法进行比较,最终验证了文中方法在噪声去除、有效信号保留及非饱和平峰波形处理上的有效性。使用文中方法进行波形滤波后,波形信噪比更高,同时波形幅值下降量均在3倍的噪声标准差以内,非饱和平峰波形滤波后波形高斯分解参数振幅、均值和标准差的分解精度分别为(0.69±2.34)mV,(0.007±0.024)ns和(0.026±0.069)ns。

关键词： GF-7星载激光测高仪全波形自适应高斯滤波激光遥感

一种适用于古建筑建模的全波形高光谱激光雷达设计与实现

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红外与激光工程 2022年第8期51卷 187-196页

作者：邵慧撒贝宁李伟陈育伟刘璐陈杰孙龙胡玉霞安徽建筑大学电子与信息工程学院安徽合肥230601 北京航空航天大学无人系统研究院北京100191 芬兰地球空间研究所芬兰马萨拉02430 季华实验室广东佛山528200 安徽省古建筑智能感知与高维建模国际联合研究中心安徽合肥230601

为了获取古建筑完整的空间结构、历史演进及其健康状态等特征信息,研制了一种全波形的高光谱激光雷达系统(HSL)。该系统同时获得目标的空间三维信息和光谱信息,用于古建筑空间和状态特征的建模。利用超连续谱激光器和声光可调滤波器(AO... 详细信息

为了获取古建筑完整的空间结构、历史演进及其健康状态等特征信息,研制了一种全波形的高光谱激光雷达系统(HSL)。该系统同时获得目标的空间三维信息和光谱信息,用于古建筑空间和状态特征的建模。利用超连续谱激光器和声光可调滤波器(AOTF)作为发射单元,实现550~1050 nm的连续光谱波长范围内101个光谱通道采样,并利用5 GHz/s高速采集卡完成主波和回波全波形数据采集。设计了静态单点测试和zigzag单点扫描相结合的双模式分步扫描方案,保证三维空间和光谱信息的准确获取。在实验室环境下,对HSL系统反射率稳定性、信噪比以及扫描精度进行了分析测试。利用三维空间和超连续的高光谱信息对古建筑构件样本建模进行验证,并采用随机森林(RF)多分类方法实现不同古建筑构件木种材料的分类。结果表明,HSL系统能够同时获得空间三维信息和连续光谱信息,满足古建筑空间和状态特征建模的信息采集的需求。

关键词：古建筑高光谱激光雷达全波形分类

压裂裂缝非线性断裂的声发射全波形多参量监测

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煤炭学报 2021年第11期46卷 3470-3487页

作者：邢岳堃黄炳香陈大勇赵兴龙李炳宏中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

压裂是油气、地热等流态矿产储层增渗改造以及井工矿围岩控制的重要手段,缝尖断裂过程区(微裂缝区)及裂缝面两侧微裂缝带的发育使压裂裂缝呈非线性断裂,因此,刻画压裂裂缝的非线性断裂是深化压裂理论与有效监测控制裂缝扩展的基础。以... 详细信息

压裂是油气、地热等流态矿产储层增渗改造以及井工矿围岩控制的重要手段,缝尖断裂过程区(微裂缝区)及裂缝面两侧微裂缝带的发育使压裂裂缝呈非线性断裂,因此,刻画压裂裂缝的非线性断裂是深化压裂理论与有效监测控制裂缝扩展的基础。以岩石中形成(微)裂缝会释放声发射(弹性波)的物理机制为切入点,自主开发了岩石非线性断裂的声发射全波形多参量监测分析程序,优化了高质量波形拾取、波形同步与起振时间计算以及定位算法等系列环节,较现有商业声发射定位程序,定位结果与缝面形态的一致性提升,声发射事件空间分布的离散性降低,进而可通过声发射特征参数的空间展布刻画压裂裂缝断裂过程区与微裂带内能量耗散、损伤程度、多尺寸破裂及拉-剪-压缩(塌陷)断裂机制等空间演化特征,丰富压裂裂缝非线性断裂特性的表征参量。选用四川白砂岩开展了声发射监测下的真三轴压裂物理模拟试验,通过声发射全波形多参量分析方法刻画了压裂裂缝的非线性断裂特征:①通过声发射能量空间分布识别了断裂过程区(31 mm长、12 mm宽)与水力微裂缝带,在压裂裂缝横截面呈条带状的断裂过程区具有非等向发育的特征,断裂过程区是压裂裂缝的优势扩展路径,宏观裂缝面在断裂过程区内部形成并近乎失稳扩展。耗散能在断裂过程区与微裂缝带宽度方向呈“中高两低”的对称分布,累积耗散能沿压裂裂缝扩展方向呈线性递减分布,线性相关系数达0.9。②声发射波速越低表明震源周围损伤程度越高,在断裂过程区与微裂缝带宽度与长度方向,波速均呈起裂点低外侧高的分布特征,表明微裂缝带内损伤程度由起裂点向外侧递减。③在压裂裂缝扩展不同阶段,断裂过程区与水力微裂缝带内的声发射频率呈高低频交错的随机分布特征,表明断裂过程区发育与宏观裂缝的扩展均服从微裂缝萌生与融合同时进行的演化规律。④声发射断裂机制揭示了平面水力裂缝起裂与扩展均以拉张微破裂为主(51.7%~65.3%)的断裂特征,随压裂裂缝扩展,拉张微破裂占比由65.3%降低至51.7%,而剪切微破裂占比由19.3%升高至23.4%,可推断裂缝扩展对裂缝周围岩石压剪效应增强,增渗性提高。

关键词：压裂声发射非线性断裂全波形多参量裂缝扩展

机载激光雷达全波形数据与系统点云差异的定量分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2015年第5期40卷 588-593页

作者：卢昊庞勇徐光彩李增元中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

目前常用的小光斑机载LiDAR波形数据与系统点云数据的来源相关性较大,波形数据的优势难以严格定量地评价和比较。Leica ALS60机载LiDAR系统记录的全波形数据与点云数据相对独立,点云数据来自硬件系统脉冲探测方法,而波形数据是未加处理... 详细信息

目前常用的小光斑机载LiDAR波形数据与系统点云数据的来源相关性较大,波形数据的优势难以严格定量地评价和比较。Leica ALS60机载LiDAR系统记录的全波形数据与点云数据相对独立,点云数据来自硬件系统脉冲探测方法,而波形数据是未加处理的原始回波序列。本文对原始波形数据进行分解获取发射脉冲的全部回波,与系统探测点云进行了定量对比,并选取典型林区和城区数据,得到波形在两种地物类型中垂直信息获取能力的定量表征参数。结果表明,波形数据对不同地物类型均能丰富垂直结构信息和提高点云垂直分辨率,且这种提高在林区表现优于城区人工建筑和裸地;激光对树木冠层的穿透能力更明显地表现在回波波形信息中,相较于传统点云激光雷达,全波形LiDAR在森林垂直参数获取方面潜力更大。

关键词：全波形点云 LiDAR 高斯分解垂直结构统计决策树定量化信息熵

维普期刊数据库评论

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全波形机载激光数据分解研究

高技术通讯 2014年第2期24卷 144-151页

作者：刘诏张爱武段乙好王书民首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室北京100048 中国地震局地震预测研究所北京100036

针对进行全波形机载激光数据分解时采用重力中心(COG)方法和高斯脉冲拟合(GPF)方法难以检测到全波形数据中的叠加波和弱波脉冲,从而造成地物信息丢失的问题,提出了一种改进的严格高斯检测(RGD)算法。该算法首先采用高斯滤波提高信噪比,... 详细信息

针对进行全波形机载激光数据分解时采用重力中心(COG)方法和高斯脉冲拟合(GPF)方法难以检测到全波形数据中的叠加波和弱波脉冲,从而造成地物信息丢失的问题,提出了一种改进的严格高斯检测(RGD)算法。该算法首先采用高斯滤波提高信噪比,然后通过脉冲检测估计初始参数,并利用Trust Region参数优化方法进行高斯拟合,最终有效地分解出波形中的叠加波和弱波。利用提取到的每个单次回波的标准差、振幅、位置等模型参数能够得到半高波宽(FWHM)、后向散射截面和回波强度等波形信息。多次试验表明,与RGD算法相比,该方法可以有效地提高叠加波的识别率,减小波形拟合误差。

关键词：全波形叠加波和弱波波形分解 RGD算法 Trust Region