[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星激光測高儀回波波形模擬仿真方法及設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810174471.2
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN108414998B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國元;唐新明;高小明;門華濤;陳繼溢;祿競;趙嚴(yán)銘;劉詔
• 申請（專利權(quán)）人: 國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心
• 主分類號(hào): G01S7/48
• 分類號(hào): G01S7/48
• 代理公司: 北京三聚陽光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 陳博旸

本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星激光測高儀回波波形模擬仿真方法及設(shè)備，該方法包括獲取實(shí)際發(fā)射波形參數(shù)和激光光斑影像強(qiáng)度數(shù)據(jù)；利用激光光斑影像強(qiáng)度數(shù)據(jù)和衛(wèi)星軌道姿態(tài)信息，得到激光地面足印中心的地理坐標(biāo)及形狀信息；根據(jù)該激光地面足印中心的地理坐標(biāo)及形狀信息、機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，提取激光光斑范圍內(nèi)的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)及強(qiáng)度信息；利用激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息和激光雷達(dá)方程，得到地表回波響應(yīng)模型；利用地表回波響應(yīng)模型與實(shí)際發(fā)射波形參數(shù)得到衛(wèi)星激光測高儀的回波波形數(shù)據(jù)。通過上述步驟，綜合考慮了實(shí)際發(fā)射波形參數(shù)、激光光斑影像強(qiáng)度數(shù)據(jù)以及地表反射率，能夠得到更加準(zhǔn)確的回波波形數(shù)據(jù)，使其更加接近真實(shí)的回波波形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光測高技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種衛(wèi)星激光測高儀回波波形模擬仿真方法及設(shè)備。

背景技術(shù)

衛(wèi)星激光測高是一種新型的主動(dòng)遙感技術(shù)，具有快速獲取大范圍地表三維信息的優(yōu)勢，冰、云和陸地高程衛(wèi)星ICESat(Ice,Cloud and land Elevation Satellite)上搭載的地球科學(xué)激光測高系統(tǒng)GLAS(Geo-science Laser Altimeter System)作為世界上第一個(gè)進(jìn)行全球觀測的全波形星載激光測高系統(tǒng)，在全球高程控制點(diǎn)獲取、極地冰蓋變化監(jiān)測以及林業(yè)生物量估算等方面有廣泛的應(yīng)用，其中回波波形是主要的數(shù)據(jù)源。

衛(wèi)星激光測高儀通過激光發(fā)射器向地面發(fā)射激光脈沖，經(jīng)由大氣傳輸和地表反射，再穿過大氣返回到星上的激光接收系統(tǒng)，接收系統(tǒng)通過光電轉(zhuǎn)換、數(shù)字化、波形采樣等過程得到激光回波的波形數(shù)據(jù)?；夭úㄐ沃屑劝说匚锔叱绦畔ⅲ舶斯獍邇?nèi)的地形和地物特征，是大光斑激光測高儀獲取的核心數(shù)據(jù)，也是開展激光測高數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。開展激光測高衛(wèi)星在軌回波波形模擬仿真對于深入理解激光測高衛(wèi)星的工作特性，指導(dǎo)開展衛(wèi)星參數(shù)論證、分析測量精度、反演地形地物特征以及激光測高儀在軌幾何檢校等均具有重要的科學(xué)和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有的接收系統(tǒng)采用全波形數(shù)字化記錄(full waveform)，即對激光的發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)以很小的時(shí)間采樣間隔(一般為1ns)進(jìn)行采樣并記錄，但是由于激光在傳遞過程中，受地表反射率、發(fā)射波形、大氣參數(shù)等的影響，因此現(xiàn)有技術(shù)中的衛(wèi)星激光測高系統(tǒng)得到的回波波形通常會(huì)與真實(shí)的回波波形之間存在較大誤差，影響后續(xù)的激光測高數(shù)據(jù)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種衛(wèi)星激光測高儀回波波形模擬仿真方法及設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的衛(wèi)星激光測高系統(tǒng)得到的回波波形不準(zhǔn)確的問題。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種衛(wèi)星激光測高儀回波波形模擬仿真方法，包括獲取實(shí)際發(fā)射波形參數(shù)和激光光斑影像強(qiáng)度數(shù)據(jù)；利用所述激光光斑影像強(qiáng)度數(shù)據(jù)和衛(wèi)星軌道姿態(tài)信息，得到激光地面足印中心的地理坐標(biāo)及形狀信息；根據(jù)所述激光地面足印中心的地理坐標(biāo)及形狀信息、機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，提取激光光斑范圍內(nèi)的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)及強(qiáng)度信息；利用所述激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)及強(qiáng)度信息分別得到不規(guī)則三角網(wǎng)模型和激光所在譜段的地表反射率，結(jié)合激光雷達(dá)方程，得到地表回波響應(yīng)模型；利用所述地表回波響應(yīng)模型與所述實(shí)際發(fā)射波形參數(shù)得到衛(wèi)星激光測高儀的回波波形數(shù)據(jù)。通過上述步驟，綜合考慮了實(shí)際發(fā)射波形參數(shù)、激光光斑影像強(qiáng)度數(shù)據(jù)和地表反射率，基于上述數(shù)據(jù)來模擬仿真獲取衛(wèi)星激光測高儀的回波波形數(shù)據(jù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該過程能夠得到更加準(zhǔn)確的回波波形數(shù)據(jù)，使其更加接近真實(shí)的回波波形。

結(jié)合第一方面，在第一方面第一實(shí)施方式中，所述利用所述激光光斑影像強(qiáng)度數(shù)據(jù)和衛(wèi)星軌道姿態(tài)信息，得到激光地面足印中心的地理坐標(biāo)及形狀信息的步驟，包括：利用所述激光光斑影像強(qiáng)度數(shù)據(jù)，計(jì)算激光光斑的質(zhì)心；利用激光脈沖能量分布特點(diǎn)和激光光斑的區(qū)域，計(jì)算描述激光光斑形狀的橢圓形態(tài)參數(shù)；根據(jù)所述激光光斑的質(zhì)心、所述橢圓形態(tài)參數(shù)及衛(wèi)星軌道姿態(tài)信息，得到激光地面足印中心的地理坐標(biāo)及形狀信息。