[發明專利]針對陸地目標的激光測高儀大氣延遲測距誤差修正方法

有效

• 申請號: 201710194273.8
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107037439B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 李松;張文豪;張智宇;余峰;馬躍;周輝;余詩哲;李子樂
• 申請（專利權）人: 武漢大學;武漢導航與位置服務工業技術研究院有限責任公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 趙麗影;代文成

本發明屬于激光遙感技術領域，特別涉及一種針對陸地目標的星載激光測高系統大氣延遲誤差修正方法。本發明首先推導了大氣延遲誤差與地表大氣壓強之間的理論關系式，進而簡化了壓高方程，根據地面氣象站測得的氣象站所在高度氣壓、海平面高度氣壓，計算每個氣象站氣壓衰減因子，建立氣壓隨高度變化的衰減模型。依據激光腳點的經緯度選取距離最近的k個氣象站，根據氣壓衰減模型，計算每個氣象站所在位置在待插值點海拔高度處的氣壓；根據反距離加權算法，計算待插值點地理位置處的氣壓。交叉驗證結果表明，該方法的氣壓時空內插的精度高于目前基于NECP再分析資料的計算方法，在我國激光測高衛星的測量精度提高方面具有重要應用價值。

技術領域

本發明涉及激光遙感技術領域，尤其是涉及衛星激光測高儀針對地球表面陸地目標觀測時大氣延遲測距誤差的修正方法。

背景技術

星載激光測高儀是一種安置于低軌衛星平臺，用于獲取地表高程信息的新型衛星載荷。星載激光測高儀通過記錄激光脈沖從發射到被反射接收的渡越時間，計算衛星平臺與地面激光腳點之間的距離；通過衛星平臺的姿態、位置進而計算被測地物目標的平面和高程三維坐標。大氣延遲測距誤差是指當激光脈沖穿過地球大氣層時，由于大氣折射率不均勻產生的激光脈沖傳輸延遲，這對激光渡越時間的測量精度以及地球表面三維輪廓的測量造成顯著的影響。

根據靜力學方程推導可得，大氣延遲測距誤差由地表氣壓主導，地面每1hPa大氣壓將導致2.30mm的誤差，而地表氣壓平均值約為1000hPa，由此帶來的大氣延遲測距誤差約為2.3m。地表氣壓數據通常根據氣象站測量數據通過相應的算法計算獲得；激光測高儀隨衛星飛行過程中，其星下激光腳點分布于地球表面的不同位置，且測量時間間隔通常小于1秒；任何國家和地區氣象站實測數據都不足以滿足衛星激光測高儀計算大氣延遲的時間和空間網格密度要求，因此需要專門研究地表氣壓時空內插算法計算每個激光脈沖對應時刻和位置的地表氣壓數值，進而計算大氣延遲測距誤差的改正值。

世界上首臺具有全波形記錄能力的對地觀測星載激光測高儀是美國2003年發射的ICESat衛星上搭載的地球科學激光測高系統GLAS(Geoscience Laser AltimeterSystem)。目前內插計算地表氣壓方法僅有美國GLAS系統使用的基于NCEP氣象數據集的時空內插方法。該方法對于GLAS系統觀測核心要素相對平坦的南北極冰蓋區域精度足夠(南極冰蓋90％地區坡度小于3:200，使用NCEP基于標準氣壓層的全球氣象數據時空線性/雙線性內插誤差的標準差為5hPa(對應干項延遲12mm))，但對于地表起伏復雜的陸地目標精度較低(約5cm，相對于GLAS系統整體設計精度15cm而言已經嚴重超標)。

而我國已發射的ZY3-02號衛星與未來發射的GF-7號衛星為激光/光學立體測繪衛星，以生產大比例尺地形圖為目的，其主要以國內陸地地表為首要觀測目標，獲取高精度的地表高程數據。因此，針對陸地目標的高精度星載激光大氣測距誤差修正方法具有現實的應用意義。

發明內容

本發明主要是針對陸地目標的星載激光測高系統大氣延遲誤差，提供一種新的修正方法。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種針對陸地目標的星載激光測高系統大氣延遲誤差修正方法，包括如下步驟：

步驟1，以激光腳點經緯度坐標作為氣壓待插值點；以激光腳點為中心，確定距離激光腳點較近的k個氣象站，作為采樣點。

步驟2，根據步驟1中確定的氣象站，利用氣象站位置的海平面高度氣壓P_i0、氣象站高度氣壓P_i以及氣象站高度h_i，計算氣象站所在位置氣壓衰減因子α_i。

步驟3，通過步驟2中采樣點即每個氣象站的氣壓衰減因子α_i，依據待插值點的海拔高度h，計算第i個氣象站在海拔高度h處的氣壓值P_ih。