[发明专利]基于无源目标的星载激光测高仪足印定位方法

说明书

本发明提出基于无源目标的星载激光测高仪足印定位方法及系统，是一种在平坦地形区域，通过在平坦地形区域布设角反射器阵列对被测目标回波进行标记的方式，解决平坦地形区域回波信号相似性高的问题，使得在平坦地形区域可通过波形分析的方式实现对测高仪足印的高精度定位，并最终实现对测高仪解算的足印位置的真实性检验，所述方法包括：角反射器口径的设计、角反射器布设方案、CCR能量等高线圆的提取、基于最陡下降法的足印中心提取，所述系统包括：CCR口径计算模块、CCR布设方案模块和基于CCR的足印定位模块。本发明技术方案使得在平坦地形区域也能通过波形分析的方式实现对测高仪足印的定位。

技术领域

本发明涉及基于无源目标的星载激光测高仪足印定位方法，特别涉及一种基于无源目标的星载激光测高仪足印定位方法及系统技术方案，用于定位足印位置，进而对星载激光测高仪解算的足印位置进行真实性检验，属星载激光测高仪足印位置真实性检验领域技术领域。

背景技术

对地观测星载激光测高仪是一种天基高精度激光测量设备，它可以根据发射激光脉冲的渡越时间得到测高仪与被测地表之间的距离值，结合高精度定姿系统测量的激光指向及卫星姿态信息可得激光测距向量，进一步结合高精度定位系统测量的卫星位置矢量，最终得到激光足印中心的高精度三维位置矢量，从而实现对地表高精度三维观测的目的。作为一种以激光为测量载荷的遥感系统，星载激光测高仪具有测距精度高、覆盖范围广、区分目标能力突出及受环境影响少等优点，为获取高时空分辨率空间信息提供了一种全新的技术手段，使遥感信息反演的多样化和智能化成为可能，因而其数据产品被广泛应用于极地冰盖高度、海冰干舷高度，云层和气溶胶分布，植被高度、郁闭度、生物量，海面风速等领域的遥感监测工作，并取得了巨大的成功和丰硕的成果。除此之外，基于激光测高仪数据产品分米级绝对高程精度的优势，星载激光测高仪的数据产品还可以作为地面高程控制点用于大比例尺测图。

星载激光测高仪的核心数据产品为通过几何定位模型得到的足印中心三维坐标，足印中心坐标的高精度及可靠性是测高仪测量数据被广泛科学应用的基础。不论是将激光测高仪数据直接进行基于激光点云的立体测绘、用于生成覆盖全球的数字高程模型和反演植被相对高程等，还是将测高仪数据作为高程控制点使用、以提高光学测绘卫星的测绘精度，前提都是其数据产品具有至少分米量级的高程精度。然而，对地观测卫星激光测高仪的原始数据受载荷器件、大气环境、地表目标等多种因素的影响，使得其初始数据精度远远达不到科学应用时的精度要求。其中的大气延迟、固体潮汐、大气散射等单项测距误差数值已经大幅超过系统整体精度设计值；同时，测距信息需要与卫星平台姿态、位置、指向等多种传感器数据，以及气象、引力等辅助数据进行融合，才能解算出地表激光足印平面和高程坐标；受卫星运行热量和震动因素影响，卫星在轨运行期间随时间周期变化的角度系统误差也将带来高程方向米量级、平面方向数十米量级的足印中心定位误差。这些问题严重制约了激光测高载荷高精度数据产品的生产及应用。为了对测高仪解算的足印坐标进行真实性检验，保证测高仪测量数据产品的可靠性，有必要通过其它足印中心的定位方式确定足印坐标，对测高仪解算的足印进行精度评估。

已公开的如中国发明专利“一种结合立体像对的激光高度计高程控制点生成方法”，申请号：201610019708.0”等，是一种足印定位方法基于波形匹配原理，该方法利用地表轮廓和反射率变化比较剧烈的自然地表目标，其要求选取的检验区域地形地貌信息丰富多变，使得测高仪接收的回波信号中含有独特而丰富的地形信息，使得当激光照射不同地表区域时其回波波形是唯一的，进而确定光斑足印中心位置。若选取的区域为近似平坦地表，例如沙漠地区，此时测高仪记录的此区域的回波脉冲信号与发射脉冲相似，都为近似高斯脉冲，区域内的回波信号之间具有极大的相似性，回波波形不唯一，无法确定光斑足印中心位置。然而，目前国内外的卫星激光测高仪地面定标场都建设在沙漠平坦区域，上述方法无法实施。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的空白，本发明建立了一种基于无源目标的星载激光测高仪足印定位方法。该方法的建立，使得在平坦地形区域也能通过波形分析实现对测高仪足印的高精度定位，进而实现对测高仪解算足印坐标的真实性检验。