[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字表面模型的衛(wèi)星激光高度計波形分解的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610019742.8
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105652260B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒嶸;劉智慧;邱振戈;謝鋒;劉成玉;王建宇;張長興;邵紅蘭;楊貴
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于遙感對地觀測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)字表面模型的衛(wèi)星激光高度計波形分解的方法。

背景技術(shù)

衛(wèi)星激光高度計發(fā)射的激光脈沖經(jīng)過大氣到達(dá)地面，與地物作用后反射回去的能量被接收器接收，即為原始激光回波波形，因衛(wèi)星激光高度計對激光發(fā)射脈沖和地物的后向散射脈沖都進(jìn)行小間隔采樣，因此幾乎能記錄整個脈沖波形。對接收器記錄的原始激光回波波形經(jīng)過平滑、去噪和大氣修正后得到觀測波形，觀測波形用于波形分解。衛(wèi)星激光高度計的激光脈沖傳播到地面具有一定的發(fā)散角，因此激光脈沖在地面照亮的是具有一定面積的光斑。在激光光斑內(nèi)的地形通常不會是一個簡單的平面，激光高度計的回波是對光斑內(nèi)各點的反射信號按時間先后順序記錄的地物反射率對應(yīng)的光電壓值。光電壓值和多個因素相關(guān)，傳統(tǒng)的波形分解算法基本不利用地面信息，對觀測波形直接分解，分解得到的回波波形中只有高度信息，沒有與地物的對應(yīng)關(guān)系。本方法利用DSM信息來輔助觀測波形分解，首先要利用激光指向數(shù)據(jù)與激光足印相機(jī)數(shù)據(jù)確定與激光光斑范圍對應(yīng)的DSM數(shù)據(jù)，之后利用DSM提取相關(guān)信息，輔助波形分解，該方法有助于提高波形分解的準(zhǔn)確性，分解的波形直接與地物相匹配，從而計算出對應(yīng)地物的高程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種基于DSM的衛(wèi)星激光高度計波形分解的方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

步驟1，對激光高度計的觀測波形進(jìn)行波形分解，得到多個地物回波波形的參數(shù)；

步驟2，利用激光光斑內(nèi)的DSM提取地物斑塊，計算各地物斑塊的坡度和面積；

步驟3，以各地物斑塊到激光高度計的距離、斑塊面積和各地物反射率為輸入，計算各地物斑塊的回波波形參數(shù)；

步驟4，將觀測波形分解得到的各地物波形參數(shù)與計算得到的各地物斑塊波形參數(shù)進(jìn)行歐式距離計算，確定回波與地物斑塊的對應(yīng)關(guān)系；

步驟5，計算各地物斑塊的高程。

所述步驟2還包括以下步驟：

步驟21，利用激光指向數(shù)據(jù)和足印相機(jī)影像數(shù)據(jù)獲取激光光斑內(nèi)DSM數(shù)據(jù)；

步驟22，根據(jù)垂直方向上的點集拓?fù)潢P(guān)系以及RANSAC平面提取算法，提取出DSM中多個地物斑塊；

步驟23，根據(jù)DSM的坐標(biāo)計算各地物斑塊的面積；

步驟24，利用地物斑塊的法向量與激光入射方向計算各地物斑塊的坡度，坡度在一定閾值內(nèi)認(rèn)為其對回波波形無展寬影響；

步驟25，將識別出的斑塊按DSM坐標(biāo)確定的高度進(jìn)行排序a₁…a_i…a_n，之后首先找到激光光斑內(nèi)高程最高的地物斑塊a₁，以其為基準(zhǔn)斑塊，以激光高度計設(shè)計的高程分辨率為高差判斷依據(jù)，依次判斷后續(xù)斑塊與基準(zhǔn)斑塊的垂直距離，直到垂直距離大于激光高度計的高程分辨率，確定該地物斑塊a_i，a_i-1之前的地物斑塊合并為一個高度a₁，a_i成為其余斑塊中高程最高的斑塊，遞歸執(zhí)行上述過程，得到合并后的各地物斑塊并計算各合并斑塊的面積。

所述步驟4還包括以下步驟：

步驟41，將觀測波形分解的多個地物回波波形參數(shù)用向量表示；

步驟42，觀測波形分解得到的各地物回波波形參數(shù)與計算得到的各地物斑塊回波波形參數(shù)進(jìn)行歐式距離計算；

步驟43，歐式距離最小時認(rèn)為觀測波形分解的地物回波與該地物斑塊是最匹配的。

所述步驟5還包括以下步驟：

步驟51，根據(jù)觀測波形分解的地物回波波形對應(yīng)的時間計算激光高度計到地物斑塊的距離；

步驟52，根據(jù)步驟51中的距離計算地物斑塊的高程。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明的方法將DSM信息用于激光高度計波形的分解，得到光斑范圍內(nèi)的回波波形與地物的匹配關(guān)系和地物的高程。

附圖說明

圖1是一種基于數(shù)字表面模型的衛(wèi)星激光高度計波形分解的方法的流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1，一種基于DSM的衛(wèi)星激光高度計波形分解的方法，包括以下步驟：