焦慧慧 谢俊峰*, 刘仁 莫凡

星载对地观测光子计数激光雷达去噪方法浅析

焦慧慧1谢俊峰*1,2刘仁2,3莫凡2

（1辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院，阜新 123000）（2 自然资源部国土卫星遥感应用中心，北京 100048）（3 河海大学地球科学与工程学院，南京 211100）

光子计数激光雷达因多波束、低耗能、高重频、测量灵敏度高等优点在新一代天基激光雷达中有着不可估量的发展潜力。然而光子计数激光雷达发射的弱光子信号容易与太阳、大气等引起的背景噪声混叠难以区分，严重影响激光数据处理与应用。文章基于光子数据几何特性，从二维剖面映射中的背景去噪与二维图像背景去噪、单级滤波和多级滤波等多个维度，对现有光子计数激光雷达去噪方法进行了归纳和总结，分析和对比了几类方法的优缺点，并指出了未来国产星载单光子计数激光雷达测高数据预处理的主要发展方向为多级滤波去噪。

光子计数 背景噪声 去噪方法 星载激光雷达 对地观测

0 引言

星载激光测高雷达技术发展至今已经历多次变革，按照测距计时方式大致分为四代：基于单阈值时刻鉴别和高精度时间数字转换（Time-to-Digital Converter，TDC）测时体制、基于多阈值时刻鉴别和TDC测时体制、基于全波形的测距体制以及基于光子计数的测距体制。相对于传统线性体制激光雷达，光子计数激光雷达（Photon-Counting Lidar，PCL）是一种新型激光三维雷达[1]，它采用高重频、低能量的激光器和灵敏度极高的单光子探测器（Photon-Multiplier Tube，PMT或Geiger-Mode Avalanche Photodiode，GM-APD），利用回波信号中的单光子能量，以较低的激光脉冲能量获取远距离空间目标的距离信息，解决传统激光雷达存在的激光器体积大、质量大、可靠性低、能量强弱和重复频率之间的矛盾等问题[2-4]。……