[發明專利]一種全鏈路的光子計數激光測高儀點云的生成方法

有效

• 申請號: 201911189868.X
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111007529B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 李松;楊堅;張智宇;曾昊旻;劉欣緣
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;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: 羅飛

本發明公開了一種全鏈路的光子計數激光測高儀點云的生成方法，建立了包含星載激光測高儀測高過程中的地面光斑坐標解算、大氣折射偏移修正、目標幾何和輻射特性、探測器響應等的全鏈路仿真模型，結合衛星平臺參數，激光測高儀系統參數，環境參數，目標特性參數，仿真生成高精度的單光子點云。該激光測高儀點云的生成方法可以準確地調整各項系統參數，環境參數，具有快速，易于模擬各種情況，且擴展性好的優點。可以以ICESat?2系統參數為輸入，仿真探測隨機生成的地形表面，生成了高質量光子點云。

技術領域

本發明涉及數據仿真技術領域，具體涉及一種全鏈路的光子計數激光測高儀點云的生成方法。

背景技術

相較于線性體制的激光測高儀，光子計數激光測高儀使用單光子探測器作為接收器件，靈敏度提高了2到3個量級，很好的解決了單脈沖能量和重頻之間的矛盾，帶來了小體積、多波束、高重頻等諸多優勢，是未來激光測高儀的發展趨勢。

本申請發明人在實施本發明的過程中，發現現有技術的方法，至少存在如下技術問題：

目前，國內光子計數體制的激光測高儀仿真模型，尤其是全鏈路仿真還鮮有報道。由于探測器工作在光子計數模式，不同于傳統線性體制探測器，其輸出是服從特定概率分布的離散的光子事件，因而最終的數據產品是由大量離散事件組成的光子點云。如果采用實際實驗獲取所需的不同條件的點云數據，則需要對多種條件下進行實驗，不僅系統參數調整困難而且成本極高。

由此可知，現有技術中存在由于參數調整困難導致點云數據生成準確和效率不高的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種全鏈路的光子計數激光測高儀點云的生成方法，用以解決或者至少部分解決現有技術中存在由于參數調整困難導致的點云數據生成準確和效率不高的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種全鏈路的光子計數激光測高儀點云的生成方法，包括：

步驟S1：建立激光發射坐標系、衛星本體坐標系和地面坐標系；

步驟S2：確定激光方向矢量、指向偏差和衛星在地面相對坐標系中的偏轉，根據激光方向矢量、指向偏差和衛星在地面相對坐標系中的偏轉，通過坐標轉換關系得到地面坐標系下激光脈沖矢量；

步驟S3：根據激光脈沖矢量、激光發射點在相對地面坐標系下的坐標以及大地坐標系，計算出地面坐標系下所有光斑腳點的坐標和激光入射指向角；

步驟S4：獲取光斑位置處的高程輪廓，對地面坐標系下所有光斑腳點的坐標和激光入射指向角進行修正，并根據修正后的光斑腳點的坐標、修正后的激光入射指向角以及光斑位置處的高程輪廓，計算光斑位置法向指向角；

步驟S5：獲得光子計數激光測高儀的發射系統參數、激光雷達與目標之間的單程大氣透過率以及激光脈沖在空域分布的初始分布，計算單脈沖到達地面光斑位置的能量分布；

步驟S6：獲得地面目標反射率和激光雷達接收系統參數，根據單脈沖到達地面光斑位置的能量分布、目標反射率、激光雷達接收系統參數、光斑位置法向指向角與修正后的激光入射指向角以及目標高程輪廓，計算目標的單位沖擊響應，再根據目標的單位沖擊響應計算出光斑腳點的回波信號波形，目標高程輪廓為光斑位置處的高程輪廓；

步驟S7：根據激光雷達方程計算單位時間內探測器接收的由目標發射的背景光噪聲；

步驟S8：根據光斑腳點的回波信號波形以及探測器接收的由目標發射的背景光噪，利用單光子探測器進行響應探測，生成全鏈路的光子計數激光測高儀點云。

在一種實施方式中，步驟S1具體包括：