[发明专利]一种机载LiDAR测深海气界面折射改正方法

摘要

本发明公开了一种机载LiDAR测深海气界面折射改正方法，属于海洋测绘技术领域，其包括如下步骤：首先获取机载LiDAR测深数据,从中计算出海面激光点云坐标；然后基于最小二乘和波浪谱理论，利用获取的海面激光点云构建瞬时三维海面模型；再以构建的瞬时三维海面模型作为光线追踪平台，在获得海面斜率的基础上，追踪穿过海气界面的每束激光，计算折射光线单位向量；最后对海底激光点的点位偏差和测深误差进行改正，实现机载LiDAR测深数据的海气界面折射改正。本发明通过这种方法，实现了机载LiDAR测深时海气界面每一激光束的折射改正，有效解决了由于瞬时海面倾斜造成的折射光线路径偏移问题。

主权项

1.一种机载LiDAR测深海气界面折射改正方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：计算瞬时海面激光点坐标(x,y,z)；步骤2：基于最小二乘和波浪谱理论，利用步骤1中计算的瞬时海面激光点坐标，构建瞬时三维海面模型；具体包括如下步骤：步骤2.1：瞬时三维海面模型函数的确定，其能够看成是连续的傅里叶变换频谱的叠加，且为连续可导曲面；所述瞬时三维海面模型函数为：其中，(x,y,z)为瞬时海面三维坐标，ζ_i、w_i、t、α_i和ε_i分别代表波浪的振幅、角频率、时间、方向角和初相；g＝9.8m/s²；m为余弦波叠加次数；步骤2.2：针对步骤2.1中的瞬时三维海面模型函数，确定其初始参数，根据JONSWAP谱，将公式(1)中的角频率ω_i设为从1.1到4.0，且角频率间隔为0.1，i＝1,2,3,...,30；同时，计算出30个相应的初始振幅α_i；30个方向角和30个初相设置为零；步骤2.3：利用Levenberg‑Marquardt算法进行瞬时三维海面拟合，获得瞬时三维海面模型；步骤3：根据步骤2中构建的瞬时三维海面模型，根据公式(2)计算瞬时海面斜率；通过计算公式(1)的偏微分，得到公式(2)；其中，和为每束激光在瞬时三维海面模型中x和y方向上的海面斜率，总的海面斜率步骤4：以步骤2中构建的瞬时三维海面模型作为光线追踪平台，追踪穿过海气界面的每束激光，计算折射光线单位向量；步骤5：根据步骤4中获得的折射光线单位向量，对海底激光点的点位偏差和测深误差进行改正。