●第1章 緒論
1.1 國內外研究現狀及發展趨勢
1.1.1 星載光子計數激光雷達的誕生與發展
1.1.2 光子計數激光雷達探測理論的研究進展
1.1.3 星載光子計數激光雷達仿真的研究進展
1.1.4 星載光子計數激光雷達點雲數據處理的研究進展
1.2 小結
參考文獻
第2章 ICESat-2/ATLAS光子計數激光測高繫統簡介
2.1 ICESat/ICESat-2衛星計劃簡介
2.2 ICESat-2/ATLAS硬件組成
2.2.1 ICESat-2/ATLAS發射硬件子繫統
2.2.2 ICESat-2/ATLAS接收硬件子繫統
2.2.3 ICESat-2/ATLAS對準監視子繫統
2.2.4 ICESat-2/ATLAS光子渡越時間偏差監視
2.2.5 ICESat-2星上總線子繫統及地面站
2.3 ICESat-2/ATLAS標準數據產品介紹
2.4 小結
參考文獻
第3章 星載光子計數激光雷達探測理論
3.1 信號模型
3.1.1 信號光子的統計模型
3.1.2 散斑自由度的估計
3.1.3 泊松分布的近似條件
3.2 噪聲模型
3.2.1 背景光噪聲
3.2.2 探測器暗計數噪聲
3.2.3 噪聲光子的統計模型
3.3 探測器響應模型
3.3.1 單光子探測器死區的形成與分類
3.3.2 非擴展型死區探測器的響應模型
3.3.3 擴展型死區探測器的響應模型
3.4 光子事件概率分布影響因素分析
3.4.1 信號光子的概率函數對光子事件概率分布的影響
3.4.2 探測器死區對理論光子事件概率分布的影響
3.5 小結
參考文獻
第4章 星載光子計數激光雷達探測性能分析
4.1 光子計數激光雷達的性能評價
4.1.1 虛警概率與鋻別閾值
4.1.2 探測概率
4.1.3 數據信噪比
4.1.4 測距誤差
4.2 探測器對繫統性能的影響分析
4.2.1 繫統的探測概率
4.2.2 繫統的數據信噪比
4.2.3 繫統的測距誤差
4.3 多通道探測器響應模型及性能分析
4.3.1 多通道探測器的工作模式
4.3.2 多通道探測器的響應模型及其對繫統探測性能的影響
4.4 光子計數激光雷達測距誤差理論模型的實驗驗證
4.4.1 非擴展型死區單光子探測器的測距誤差模型驗證
4.4.2 擴展型死區單光子探測器的測距誤差模型驗證
4.5 小結
參考文獻
第5章 星載光子計數激光雷達三維坐標解算及誤差改正
5.1 坐標繫框架
5.2 激光腳點三維坐標解算基本原理
5.3 誤差來源及分析
5.3.1 硬件誤差
5.3.2 大氣折射對激光傳輸的影響
5.3.3 大氣折射引起的光斑水平偏移
5.3.4 固體潮汐引起的位移
5.4 誤差改正
5.4.1 大氣干濕項延遲
5.4.2 固體潮汐改正
5.4.3 漂移誤差改正
5.5 小結
參考文獻
第6章 星載光子計數激光雷達全鏈路仿真
6.1 星載光子計數激光雷達全鏈路仿真的坐標繫框架
6.2 幾何仿真模型
6.2.1 仿真地面光斑位置解算
6.2.2 仿真測距值解算
6.2.3 仿真腳點三維坐標解算
6.3 輻射仿真模型
6.3.1 激光回波信號理論
6.3.2 激光脈衝時空分布模型
6.3.3 目標模型
6.3.4 噪聲模型
6.3.5 探測器響應模型
6.4 全鏈路仿真模型的軟件實現
6.5 小結
參考文獻
第7章 全鏈路仿真驗證與分析
7.1 光子點雲數據評價指標
7.1.1 光子點雲數據評價指標的定義
7.1.2 光子點雲數據評價指標的統計方法
7.2 全鏈路仿真結果的驗證
7.2.1 ATLAS數據和測試區域
7.2.2 仿真的初始參數
7.2.3 點雲仿真結果與實測點雲的對比
7.2.4 點雲仿真結果的驗證
7.3 星載光子計數激光雷達全鏈路仿真結果
7.3.1 隨機地形的仿真點雲
7.3.2 城市建築的仿真點雲
7.3.3 積雪地面的仿真點雲
7.4 單光子探測器對點雲信噪比和高程精度的影響分析
7.4.1 平坦隨機地形場景
7.4.2 復雜地形場景
7.5 小結
參考文獻
第8章 光子計數激光雷達點雲信號處理
8.1 點雲信號提取算法概述
8.2 面向森林植被應用的點雲信號提取
8.2.1 改進的基於聚類的點雲數據去噪方法
8.2.2 點雲數據去噪結果及分析
8.3 低信噪比星載激光雷達點雲數據的信號提取
8.3.1 ATLAS的數據信噪比分析
8.3.2 ICESat-2弱波束在陡峭地形測量點雲的信號提取
8.3.3 信號提取算法的性能及評價
8.4 小結
參考文獻
第9章 星載光子計數激光雷達點雲數據應用
9.1 基於光子點雲噪聲率差異的地表分類
9.1.1 星載光子計數激光雷達精細化噪聲模型
9.1.2 基於點雲噪聲率的水面和陸地分類算法
9.1.3 基於點雲噪聲率的積雪和陸地分類算法
9.2 光子點雲數據在植被冠層高度反演中的應用
9.2.1 植被冠層高度的反演方法
9.2.2 典型區域的植被冠層高度獲取
9.3 光子點雲數據在水下地形獲取中的應用
9.3.1 激光測深誤差修正方法
……

星載激光測高雷達作為一種可以直接獲取地面目標三維坐標的主動式遙感載荷，能夠在數百千米的軌道高度以10cm的精度測量地表高程，是目前所有對地觀測手段中絕對高程精度優選的，其數據產品在極地、海洋和林業等領域得到了廣泛的應用。星載光子計數激光雷達在傳統線性體制星載激光雷達的基礎上，采用具有極高靈敏度的單光子探測器件，有助於實現雷達繫統高重頻、微脈衝和多波束的技術方案。本書在分析、總結國內外現有星載激光測高雷達工作特點的基礎上，重點研究星載光子計數激光雷達的探測理論、測距誤差模型和繫統性能評價方法，構建星載光子計數激光雷達的全鏈路仿真模型；以點雲數據信噪比和點雲高程精度為基礎定量分析星載繫統的探測能力和測量精度，以起伏山地、森林植被和水下地形為例，分析極低信噪比條件下的信號處理方法與技術。 本書對星載光子計數激光雷達頂層方案的設計、繫統參數的優化、極限探測能力的估算、面向對像的信號處理方法等