[发明专利]一种全面的激光测高回波仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感探测技术领域，尤其涉及一种全面的激光测高回波仿真方法。

背景技术

天基遥感探测技术是地球科学领域的重要技术，其中天基激光测高是利用卫星搭载激光测高仪、从太空对星球表面轮廓进行探测。天基激光测高的工作原理为，天基激光器持续地向地面发射激光，激光光束穿越大气到达地面后产生微弱的后向散射回波，该散射回波再次穿越大气被测高系统中的望远镜所接收；通过光电探测器将激光回波转换成电脉冲回波，通过分析该电脉冲回波的渡越时间TOF(time of flight)得到激光脉冲的渡越时间，从而获得地表足迹光斑与测高仪间的距离R_m；然后通过下式计算激光光斑处的地表高度：

hs=[Rs2+Rm2-2RsRmcosφ]1/2-Rref]]>

式中，R_s是卫星轨道半径，φ是激光光轴与卫星至地心连线的夹角(即天底偏离角)，R_ref是地球参考表面的半径，通常为大地水准面；激光测高仪的联结方程(link equation)如下：

Er=EtArRm2rsπτa2τs]]>

式中，E_r是回波脉冲能量，E_t是发射脉冲能量，A_r是接收望远镜的面积(平方米)，R_m是地表足迹光斑与测高仪间的距离，r_s是目标表面反射率(朗伯)，τ_a是单程的大气透过率，τ_a是系统透过率。显然，地表足迹光斑内的高度分布和地表反射率都会对激光回波信号产生影响。因此，在A_r、τ_a和τ_s已知的情况下，如果能够获得发射脉冲信号与回波脉冲信号，就能够通过数据处理与分析获取地表足迹光斑内的高度分布和反射率信息，从而为天基激光测高仪增加雷达探测功能。

渡越时间的测量精度除了受发射脉冲宽度和模拟/数字转换器ADC(Analog-to-digitalConverter)的采样效应(量化精度和采样间隔)影响之外，还要受到地理特征的影响。地理形状决定了脉冲的拓宽以及回波的整个形状，地表起伏也会引入进一步的波形拓宽，地表反射率决定了回波能量。因此，激光测高仪的回波波形包含了地表结构、起伏和反射率等信息，如何从回波波形中提取这些信息是相关领域研究者所普遍关注的问题。