[发明专利]一种卫星激光测高仪回波波形模拟仿真方法及设备

说明书

本发明提供了一种卫星激光测高仪回波波形模拟仿真方法及设备，该方法包括获取实际发射波形参数和激光光斑影像强度数据；利用激光光斑影像强度数据和卫星轨道姿态信息，得到激光地面足印中心的地理坐标及形状信息；根据该激光地面足印中心的地理坐标及形状信息、机载激光雷达数据，提取激光光斑范围内的激光雷达点云数据坐标及强度信息；利用激光雷达点云数据信息和激光雷达方程，得到地表回波响应模型；利用地表回波响应模型与实际发射波形参数得到卫星激光测高仪的回波波形数据。通过上述步骤，综合考虑了实际发射波形参数、激光光斑影像强度数据以及地表反射率，能够得到更加准确的回波波形数据，使其更加接近真实的回波波形。

技术领域

本发明涉及激光测高技术领域，具体涉及一种卫星激光测高仪回波波形模拟仿真方法及设备。

背景技术

卫星激光测高是一种新型的主动遥感技术，具有快速获取大范围地表三维信息的优势，冰、云和陆地高程卫星ICESat(Ice,Cloud and land Elevation Satellite)上搭载的地球科学激光测高系统GLAS(Geo-science Laser Altimeter System)作为世界上第一个进行全球观测的全波形星载激光测高系统，在全球高程控制点获取、极地冰盖变化监测以及林业生物量估算等方面有广泛的应用，其中回波波形是主要的数据源。

卫星激光测高仪通过激光发射器向地面发射激光脉冲，经由大气传输和地表反射，再穿过大气返回到星上的激光接收系统，接收系统通过光电转换、数字化、波形采样等过程得到激光回波的波形数据。回波波形中既包含了地物高程信息，也包含了光斑内的地形和地物特征，是大光斑激光测高仪获取的核心数据，也是开展激光测高数据应用的基础。开展激光测高卫星在轨回波波形模拟仿真对于深入理解激光测高卫星的工作特性，指导开展卫星参数论证、分析测量精度、反演地形地物特征以及激光测高仪在轨几何检校等均具有重要的科学和实际应用价值。现有的接收系统采用全波形数字化记录(full waveform)，即对激光的发射信号和回波信号以很小的时间采样间隔(一般为1ns)进行采样并记录，但是由于激光在传递过程中，受地表反射率、发射波形、大气参数等的影响，因此现有技术中的卫星激光测高系统得到的回波波形通常会与真实的回波波形之间存在较大误差，影响后续的激光测高数据应用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种卫星激光测高仪回波波形模拟仿真方法及设备，以解决现有技术中的卫星激光测高系统得到的回波波形不准确的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种卫星激光测高仪回波波形模拟仿真方法，包括获取实际发射波形参数和激光光斑影像强度数据；利用所述激光光斑影像强度数据和卫星轨道姿态信息，得到激光地面足印中心的地理坐标及形状信息；根据所述激光地面足印中心的地理坐标及形状信息、机载激光雷达数据，提取激光光斑范围内的激光雷达点云数据坐标及强度信息；利用所述激光雷达点云数据坐标及强度信息分别得到不规则三角网模型和激光所在谱段的地表反射率，结合激光雷达方程，得到地表回波响应模型；利用所述地表回波响应模型与所述实际发射波形参数得到卫星激光测高仪的回波波形数据。通过上述步骤，综合考虑了实际发射波形参数、激光光斑影像强度数据和地表反射率，基于上述数据来模拟仿真获取卫星激光测高仪的回波波形数据，与现有技术相比，该过程能够得到更加准确的回波波形数据，使其更加接近真实的回波波形。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述利用所述激光光斑影像强度数据和卫星轨道姿态信息，得到激光地面足印中心的地理坐标及形状信息的步骤，包括：利用所述激光光斑影像强度数据，计算激光光斑的质心；利用激光脉冲能量分布特点和激光光斑的区域，计算描述激光光斑形状的椭圆形态参数；根据所述激光光斑的质心、所述椭圆形态参数及卫星轨道姿态信息，得到激光地面足印中心的地理坐标及形状信息。