[发明专利]基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法及设备

权利要求书

1.一种基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法，其特征在于，包括：步骤1：根据卫星和激光载荷的实测数据、系数参数、激光脚点初始平面位置附近的高精度DSM，获取不同位置的仿真回波波形S^k(i,j)；步骤2：不同位置仿真回波波形S^k(i,j)与激光载荷实测回波波形计算相关系数M^k(i,j))；步骤3：重复步骤1至步骤2，直到完全遍历第k个激光脚点对应的nxn格网DSM中所有网格节，得到当前激光脚点的相关系数矩阵M^k；步骤4：重复步骤1至步骤3，直到完全遍历当前轨道所有m个激光有效脚点，得到最终相关系数矩阵和Mall；步骤5：求解Mall中极大值网格点的水平位置，获取最大值位置与激光脚点初始位置的水平偏移；步骤6：该偏移为最佳匹配激光脚点水平位置与激光脚点初始位置的系统偏移，结合m个激光脚点初始位置，最终得到m个最佳波形匹配激光脚点的水平位置；步骤7：从高精度DSM中依次获取平面校正后m个激光脚点水平位置处的高程结果，作为每个激光脚点波形匹配后的高程坐标，最终得到m个激光脚点的三维坐标；步骤8：将激光脚点三维坐标代入已有的在轨标定模型，解算星载激光测高仪激光指向角与测距改正值，该步骤中代入在轨标定模型中的激光脚点三维坐标的数量一般不少于15个，以获得准确的测距改正值；步骤9：将步骤7中的激光指向角与测距改正值代入已有的脚点定位模型中，重新计算弧段内乃至整轨激光脚点坐标。

2.根据权利要求1所述的基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法，其特征在于，步骤1具体包括：生成n行n列的DSM每条轨道中有效激光脚点总个数为m，(i,j)表示激光脚点在平面上相对于初始激光脚点的偏移量，i对应x方向，j对应y方向，初始激光脚点位置为(0,0)，i和j的取值范围为[-128，128]，i和j计算初值均从-128开始，剔除折射、前向散射和湍流效应的影响，模拟星载激光测高仪的发射脉冲激光经过衍射后达到地面，并被地物目标反射，反射激光再次经过衍射后被卫星接收系统接收全过程，激光脉冲达到地面的能量S₁(t)：

其中，d是星载激光测高仪与地面目标的距离，η₁为发射系统效率，(x,y)是地表平面坐标,|a(x,y)|²是发射激光空间能量分布，T_a是单程大气透过率，f(t)是入射激光脉冲的时间分布，ψ(x,y)是由地表起伏和激光脚点水平分布引起的时延，表示为：

ξ(x,y)是(x,y)处的地表高程，c是真空中光速，地表反射激光脉冲再次经过大气衍射到达星载激光测高仪接收系统后的接收信号S₂(t)用下式表示：

其中，η₂为接收系统效率，g(x,y)是地面目标在1064nm波段相对反射率分布函数，A_R是接收系统有效孔径面积，激光回波信号经过雪崩光电二极管管后，激光回波信号S(t)用下式表示：

其中，hv是光子能量，η是收发系统的综合效率，包含星载激光测高仪收发系统效率、APD光电转换效率。

3.根据权利要求2所述的基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法，其特征在于，步骤2具体包括：以相关系数作为仿真波形与实测波形相似程度的判据，相关系数越大，表明仿真波形与实测波形越相似，该位置是激光脚点实际落点的概率也越高，相关系数方式计算包括：

其中，R'(t)为归一化实测波形，S'(t)为归一化仿真波形，σ为对应统计标准差，ρ为两个波形的相关系数，S'(t)的长度需与R'(t)的长度相同。

4.根据权利要求3所述的基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法，其特征在于，步骤5具体对每一个脚点的相关系数矩阵进行叠加，获取具有明显极值区域的相关系数叠加图。

5.根据权利要求4所述的基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法，其特征在于，步骤8中将脚点三维坐标代入在轨标定模型解算星载激光测高仪激光指向角与测距改正值。