[發明專利]一種衛星激光測高儀回波波形模擬仿真方法及設備

有效

• 申請號: 201810174471.2
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108414998B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 李國元;唐新明;高小明;門華濤;陳繼溢;祿競;趙嚴銘;劉詔
• 申請（專利權）人: 國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 陳博旸

1.一種衛星激光測高儀回波波形模擬仿真方法，其特征在于，包括：

獲取實際發射波形參數和激光光斑影像強度數據；

利用所述激光光斑影像強度數據和衛星軌道姿態信息，得到激光地面足印中心的地理坐標及形狀信息；

根據所述激光地面足印中心的地理坐標及形狀信息、機載激光雷達數據，提取激光光斑范圍內的激光雷達點云數據坐標及強度信息；

利用所述激光雷達點云數據坐標及強度信息分別得到不規則三角網模型和激光所在譜段的地表反射率，結合激光雷達方程，得到地表回波響應模型；

利用所述地表回波響應模型與所述實際發射波形參數得到衛星激光測高儀的回波波形數據。

2.根據權利要求1所述的衛星激光測高儀回波波形模擬仿真方法，其特征在于，所述利用所述激光光斑影像強度數據和衛星軌道姿態信息，得到激光地面足印中心的地理坐標及形狀信息的步驟，包括：

利用所述激光光斑影像強度數據，計算激光光斑的質心；

利用激光脈沖能量分布特點和激光光斑的區域，計算描述激光光斑形狀的橢圓形態參數；

根據所述激光光斑的質心、所述橢圓形態參數及衛星軌道姿態信息，得到激光地面足印中心的地理坐標及形狀信息。

3.根據權利要求2所述的衛星激光測高儀回波波形模擬仿真方法，其特征在于，在所述利用所述激光光斑影像強度數據和衛星軌道姿態信息，得到激光地面足印中心的地理坐標及形狀信息的步驟之后，還包括：

計算由于大氣折射造成的激光地面足印中心的偏移量；

根據所述偏移量，校正所述激光地面足印中心的地理坐標。

4.根據權利要求2所述的衛星激光測高儀回波波形模擬仿真方法，其特征在于，所述利用激光脈沖能量分布特點和激光光斑的區域，計算描述激光光斑形狀的橢圓形態參數的步驟，包括：

利用激光脈沖能量分布特點，根據預定閾值將所述激光光斑二值化；

遍歷二值化后的所述激光光斑的區域邊界；

根據所述區域邊界的坐標，采用最小二乘法擬合橢圓方程，計算得到描述激光光斑形狀的橢圓形態參數。

5.根據權利要求1所述的衛星激光測高儀回波波形模擬仿真方法，其特征在于，所述利用所述激光雷達點云數據坐標及強度信息分別得到不規則三角網模型和激光所在譜段的地表反射率，結合激光雷達方程，得到地表回波響應模型的步驟，包括：

利用所述激光雷達點云數據坐標及強度信息分別得到不規則三角網模型和激光所在譜段的地表反射率；

利用激光雷達方程，計算所述不規則三角網模型的每個三角面元的回波光子數；

按預設高程間隔將地形均勻分層，根據每一層的面元數量和所述每個三角面元的回波光子數，得到每層所述地形的能量響應值；

將每層所述地形的能量響應值按時間序列排列，得到地表回波響應模型。

6.根據權利要求5所述的衛星激光測高儀回波波形模擬仿真方法，其特征在于，采用以下公式計算所述不規則三角網模型的每個三角面元的回波光子數：

其中，N_i為所述每個三角面元的回波光子數；E_i為激光脈沖能量，從激光光斑影像中獲取；h為普朗克常量；ν為激光頻率；A_r為望遠鏡接收孔徑面積；R_i為激光傳播距離；τ_sys為光學系統透過率；τ_q為探測器量子效率；τ_atm為單程大氣衰減系數；ρ_i為三角面元的地表反射率；θ_i為地表反射面法向量與望遠鏡視場方向的夾角。