[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

说明书

本发明提供了一种基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法及设备。所述方法包括：步骤1至步骤9。本发明通过少数脚点的位置，解算系统参数，并外推计算更多激光脚点的位置，提升了激光脚点的水平和高程精度，针对小光斑星载激光测高仪，有效解决地面特征不足，波形匹配方法不适用的问题。获取地面脚点真值的位置不受时空约束，在境内外山地地区开展，有效的弥补了激光脚点山地数据和境外数据的不足，提升了国内星载激光测高仪在全球尺度的激光数据精度。

技术领域

本发明实施例涉及激光脚点定位技术领域，尤其涉及一种基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法及设备。

背景技术

星载激光测高仪(Spaceborne Laser Altimeter,SLA)是一种主动卫星遥感测量设备，被广泛地应用于地理测绘、水文监测、冰川监测和植被生物量监测等领域。近年来，随着激光测高技术的不断发展，即将发射的陆地生态系统碳卫星搭载了具备全波形记录功能的激光测高仪，采用布设探测器获取脚点真值以解决脚点位置问题。波形匹配可用于获取地面脚点位置，由波形匹配结果确定地面脚点位置的效果很大程度上依赖于地形特征。相关方法未涉及小光斑星载激光测高仪地面脚点波形匹配定位方法研究，未能解决因为地表光斑内地物特征不足，导致小光斑星载激光测高仪的仿真波形与实测波形无法匹配的问题。同时国内采用布设探测器的光斑定位方法，仅能在国内和平原地区开展，缺乏在境外和山地的地面光斑位置信息。因此，开发一种基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法及设备。

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法，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。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于波匹配的星载激光测高仪山区脚点定位方法，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)：