激光測高是一種基于衛星平臺獲取地表三維信息的先進測量手段，被廣泛應用于資源普查及城市規劃等領域。傳統激光測高采用能量探測體制，要求強的回波信號，此時高功率激光器搭配較大口徑光學接收器必然會帶來功耗增加、體積龐大以及可靠性降低等問題。近年，隨著光子計數探測器的日趨成熟，由低功率、高重頻、窄脈寬脈沖激光器搭配中等口徑光學接收器及面陣光子計數探測器所構成的新型光子計數激光測高系統，具有光子級別的響應靈敏度、更高的測量精度以及更長的工作壽命，代表了未來激光測高技術的發展趨勢。
中科院西安光機所趙惠研究員與盛立志副研究員帶領的課題組提出了基于位敏陽極微通道陣列板MCP的光子計數激光測高系統的構想。與雪崩光電二極管APD陣列相比，MCP具有更高的空間分辨且具備強光防護能力，同時先進的位置敏感陽極讀取技術使MCP能夠以105/s以上的高計數率實現離散光子信號的同步計時與定位，其所帶來的稠密點云為更精細地刻畫地表三維信息提供了可能。
首先，建立了基于位敏陽極MCP的光子計數激光測高系統的數學建模，不僅對典型工況下的影響空間分辨率和高程分辨率的因素進行了分析，而且在對回波信號特征（包括回波光子分布及信噪比等）進行計算評估的基礎上，探討了探測概率與測距誤差概率分布之間的相互聯系。如圖1a和圖1b所示，測距誤差概率分布類似于高斯分布，過高的探測率會導致探測器響應回波脈沖的前沿；隨著探測率增高，誤差概率分布的峰值會變高，半高寬變窄，整體越偏右，從而導致系統測距誤差變大。
其次，考慮到激光測高時高程信息的突變處往往伴隨光影的明顯變化，比如森林邊界、樓房的陰影以及海洋沿岸等，而由于大部分遙感衛星都搭載了遙感相機，因此提出了一種結合多光譜信息的高程優化方法。可以使用多光譜相機所成的像，通過提取圖像邊界對高程信息進行優化。如圖2所示，給出了優化前后高程模型和光子分布直方圖，可以看出優化的效果非常明顯，均方根誤差有顯著下降。
該研究內容發表在《光學學報》第38卷第12期，且被選為當期的封面文章，具體文章內容點擊查看：
http://www.opticsjournal.net/Articles/abstract?aid=OJ181208000079u1x4z7
中科院西安光機所趙惠研究員與盛立志副研究員帶領的課題組提出了基于位敏陽極微通道陣列板MCP的光子計數激光測高系統的構想。與雪崩光電二極管APD陣列相比，MCP具有更高的空間分辨且具備強光防護能力，同時先進的位置敏感陽極讀取技術使MCP能夠以105/s以上的高計數率實現離散光子信號的同步計時與定位，其所帶來的稠密點云為更精細地刻畫地表三維信息提供了可能。
首先，建立了基于位敏陽極MCP的光子計數激光測高系統的數學建模，不僅對典型工況下的影響空間分辨率和高程分辨率的因素進行了分析，而且在對回波信號特征（包括回波光子分布及信噪比等）進行計算評估的基礎上，探討了探測概率與測距誤差概率分布之間的相互聯系。如圖1a和圖1b所示，測距誤差概率分布類似于高斯分布，過高的探測率會導致探測器響應回波脈沖的前沿；隨著探測率增高，誤差概率分布的峰值會變高，半高寬變窄，整體越偏右，從而導致系統測距誤差變大。
其次，考慮到激光測高時高程信息的突變處往往伴隨光影的明顯變化，比如森林邊界、樓房的陰影以及海洋沿岸等，而由于大部分遙感衛星都搭載了遙感相機，因此提出了一種結合多光譜信息的高程優化方法。可以使用多光譜相機所成的像，通過提取圖像邊界對高程信息進行優化。如圖2所示，給出了優化前后高程模型和光子分布直方圖，可以看出優化的效果非常明顯，均方根誤差有顯著下降。
該研究內容發表在《光學學報》第38卷第12期，且被選為當期的封面文章，具體文章內容點擊查看：
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