面對(duì)高光譜激光雷達(dá)主要幾何輻射效應(yīng)即距離效應(yīng)和入射角效應(yīng)校正的技術(shù)難題，團(tuán)隊(duì)自2020年起開展科技攻關(guān)，發(fā)現(xiàn)距離效應(yīng)源于系統(tǒng)本身，所有波長(zhǎng)擁有統(tǒng)一的距離效應(yīng)函數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了一種耦合二次函數(shù)和指數(shù)衰減函數(shù)的分段函數(shù)模型用以分析和校正距離效應(yīng)；而對(duì)于不同種類植被葉片目標(biāo)，因其表面微觀尺度物理結(jié)構(gòu)和內(nèi)部生化參數(shù)不同，因此通常表現(xiàn)出不同的入射角效應(yīng)，該效應(yīng)與被測(cè)目標(biāo)種類在高光譜激光雷達(dá)條件下二向反射特性密切相關(guān)，因此該團(tuán)隊(duì)指出關(guān)于高光譜激光雷達(dá)入射角效應(yīng)，更準(zhǔn)確的表述應(yīng)為“某一目標(biāo)高光譜激光雷達(dá)入射角效應(yīng)”，并發(fā)展了一種新的改進(jìn)的Poullain算法，用以目標(biāo)入射角效應(yīng)校正。與傳統(tǒng)基于各向同性散射假設(shè)的朗伯余弦定律和原始Poullain算法相比，該算法考慮了目標(biāo)粗糙度因子和漫反射系數(shù)在不同入射角和波長(zhǎng)下的異質(zhì)性，更加符合自然目標(biāo)物回波強(qiáng)度的反射特征，不同植被葉片實(shí)驗(yàn)顯示，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)0度入射角下的回波強(qiáng)度和反射率，校正結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差減少了30%~60%。

　　有關(guān)算法為后續(xù)植被三維生化參數(shù)準(zhǔn)確反演提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。目前，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成具備高速采集能力的第二代高光譜激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制工作，正在開展性能測(cè)試，預(yù)計(jì)2023年底投入使用。

　　早在2014年，遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室就設(shè)計(jì)、研制了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)際上首臺(tái)32波段高光譜激光雷達(dá)系統(tǒng)。自此，相關(guān)團(tuán)隊(duì)圍繞這一新型傳感器持續(xù)開展研究，在高光譜激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制、數(shù)據(jù)獲取與處理、輻射信息提取、輻射效應(yīng)校正及植被三維生理生化參數(shù)反演等方面取得了豐富的研究成果，為我國(guó)搶占高光譜激光雷達(dá)設(shè)備研制與應(yīng)用這一領(lǐng)域做出系統(tǒng)性貢獻(xiàn)。

　　      [2] Bai, J., Gao, S*., Niu, Z., Zhang, C., Bi, K., Sun, G., and Huang, Y. (2021). A Novel Algorithm for Leaf Incidence Angle Effect Correction of Hyperspectral LiDAR. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 60, 1-9. doi: 10.1109/TGRS.2021.3070652 

 

第一代高光譜激光雷達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)圖及光路原理圖

 

入射角效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理及校正結(jié)果示例