[发明专利]一种基于数字表面模型的卫星激光高度计波形分解的方法

摘要

本发明公开了一种基于数字表面模型的卫星激光高度计波形分解的方法。本方法具体步骤为(1)对获取的卫星激光高度计观测波形进行波形分解，得到多个地物回波波形的参数；(2)利用卫星激光光斑内的DSM提取地物斑块，计算各地物斑块的坡度和面积；(3)以各地物斑块到卫星激光高度计的距离、斑块面积和各地物反射率为输入，计算各地物斑块的回波波形参数；(4)将观测波形分解得到的各地物波形参数与计算得到的各地物斑块波形参数进行欧式距离计算，确定回波与地物斑块的对应关系；(5)计算各地物斑块的高程。本发明将DSM信息用于激光高度计波形的分解，得到光斑范围内的回波波形与地物的匹配关系和地物的高程。

主权项

一种基于数字表面模型的卫星激光高度计波形分解的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对激光高度计的观测波形进行波形分解，得到多个地物回波波形的参数；步骤2，利用激光光斑内的DSM提取地物斑块，计算各斑块的坡度和面积；具体步骤如下：2‑1，利用激光指向数据和足印相机影像数据获取激光光斑内DSM数据；2‑2，根据垂直方向上的点集拓扑关系以及RANSAC平面提取算法，提取出DSM中多个地物斑块；2‑3，根据DSM的坐标计算各地物斑块的面积；2‑4，利用地物斑块的法向量与激光入射方向计算各地物斑块的坡度，坡度在一定阈值内认为其对回波波形无展宽影响；2‑5，将识别出的地物斑块按DSM坐标确定的高度进行排序a1…ai…an，之后首先找到激光光斑内高程最高的地物斑块a1，以其为基准斑块，以激光高度计设计的高程分辨率为高差判断依据，依次判断后续斑块与基准斑块的垂直距离，直到垂直距离大于激光高度计的高程分辨率，确定该地物斑块ai，将ai‑1之前的地物斑块合并为一个高度a1，ai成为其余斑块中高程最高的斑块，递归执行上述过程，得到合并后的各地物斑块并计算各合并斑块的面积；步骤3，以各地物斑块到激光高度计的距离、斑块面积和各地物反射率为输入，计算各地物斑块的回波波形参数；具体步骤如下：(3‑1)利用DSM的位置信息计算地物斑块与激光高度计的距离Rg；(3‑2)后向散射截面与激光光斑内地物斑块之间的关系可如下表示：σi,g=16Rg2Dr2ρiAi]]>ρi为地物的反射率，Ai为地物斑块面积，Dr为信号接收器的直径大小；(3‑3)计算地物斑块对应的回波能量，Pi,g^=ηsysηatmDr24πRg4βr2S^σi,gSsSi,g]]>ηsys是激光高度计系统传输因子，ηatm是空气传输因子，βr是激光束宽度，是系统波形的振幅，Ss是系统波形宽度的标准方差，Si，g是斑块回波宽度的标准方差，坡度在2°范围内的地物斑块其波形无展宽，其波形标准差与系统波形相同；步骤4，将观测波形分解得到的各地物波形参数与计算得到的各地物斑块波形参数进行欧式距离计算，确定回波与地物斑块的对应关系；具体步骤如下：4‑1，将观测波形分解的多个地物回波波形参数用向量表示；4‑2，观测波形分解得到的各地物回波波形参数与计算得到的各地物斑块回波波形参数进行欧式距离计算；4‑3，欧式距离最小时认为观测波形分解的地物回波与该地物斑块是最匹配的；步骤5，计算各地物斑块的高程；具体步骤如下：5‑1，根据观测波形分解的地物回波波形对应的时间计算激光高度计到地物斑块的距离；5‑2，根据步骤5‑1中的距离计算地物斑块的高程。