[发明专利]基于地表模型的星载激光雷达脚点精确定位方法

说明书

本发明公开了一种基于地表模型的星载激光雷达脚点精确定位方法，其首先基于卫星轨道参数与发射脉冲参数，建立模拟激光雷达发射脉冲模型；然后基于数字地表模型数据建立地表目标响应函数；最后利用生成的发射脉冲模型与目标地表响应函数模拟生成模拟激光回波波形，并与实际波形进行对比分析，通过逐步距移动激光光斑精确确定激光雷达脚点位置。本发明基于波形模拟与波形匹配进行星载激光雷达脚点精确定位，由于地表模型可精确描述各种复杂地表，因此其激光脚点平面定位精度高，可以满足后期获取高精度地形数据及国家地理测图需求。本发明普适性高，对于多种卫星设置及森林、城市、平地、山地等多种地面环境下的激光脚点都可进行定位应用。

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，具体涉及一种基于地表模型的星载激光雷达脚点精确定位方法。

背景技术

星载激光雷达系统，是以卫星为工作平台，采用脉冲式激光束为测量工具，因其极高的工作位置，使得它具备更加广阔的视角，几乎可以探测到星体的每一块区域，这种测量技术为获取星体的地面模型提供了新的可能，对提高我国的航空航天水平和国家影响力具有重大的意义。2003年，美国国家航空航天局发射的ICESat(Ice,Cloud,and landElevation Satellite)卫星搭载了首颗对地观测激光测高载荷GLAS，其高程精度为15cm的激光脚点数据已被应用于全球地面高程控制点的选取。然而，尽管激光测高仪分米量级的绝对高程精度可以满足地面高程控制点需要，但其十几米甚至几十米的平面偏移使得其激光脚点仅能在平坦地表区域作为高程控制点使用。通过与已知地表DSM(Digital SurfaceModel)作波形匹配、探测器阵列捕获地表光斑等方式，卫星的激光脚点的平面坐标存在约10m至30m的定位误差，这对仅有70m量级光斑直径的GLAS系统而言，在复杂地表区域，光斑中心的偏移将导致高程测量结果产生严重偏差。

我国地域辽阔，资源丰富，地形地物复杂多样，平原、山地、森林、城市、郊区、冰盖、盆地等地形地物齐备，但是在某些地势复杂的高山地区，植被多样性的森林地区，获得的高精度地形数据较为困难。因此，找到一种基于地形特征的星载激光雷达脚点精确定位方法对获取高精度地形数据、满足国家地理测图需求具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于地表模型的星载激光雷达脚点精确定位方法，其可以精确寻找星载激光雷达脚点的中心坐标，以满足后期获取高精度地形数据及国家地理测图需求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于地表模型的星载激光雷达脚点精确定位方法，其包括以下步骤：

S1、基于卫星轨道参数与发射脉冲参数，建立模拟激光雷达发射脉冲模型；

S2、基于数字地表模型数据建立地表目标响应函数；

S3、利用步骤S1生成的发射脉冲模型与步骤S2获取的地表目标响应函数模拟生成模拟激光回波波形，与实际波形进行对比分析，通过逐步距移动激光光斑精确确定激光雷达脚点位置。

进一步地，步骤S1的实现过程包括以下步骤：

S11、通过设置包括激光发射脉冲展宽、激光能量、激光脉冲频率、发射脉冲持续时间的参数建立激光脉冲时间域模型，其时间域能量分布为一维高斯分布；

S12、通过设置包括卫星轨道高度、激光脉冲发散角、激光接收口径的参数建立激光脉冲空间域模型，其空间域能量分布为二维高斯分布。

进一步地，步骤S2的实现过程包括以下步骤：

S21、对于存在地物目标的区域，采用最大类间方差法对数字地表模型进行自动分类，将地物与地面进行区分；对于不存在地物的地表，直接进行步骤S22；

S22、将每个像素内的高程值换算成时间；