[發明專利]顧及大氣延遲改正的星載激光數據高精度定位方法

在審

• 申請號: 201911305005.4
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111025327A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 龍小祥;李慶鵬;徐大琦;韓啟金;邵俊
• 申請（專利權）人: 中國資源衛星應用中心
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S17/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

顧及大氣延遲改正的星載激光數據高精度定位方法，針對星載測高數據定位中存在的大氣折射造成的激光腳點定位不準確，本發明首先獲得激光腳點的大地坐標和測量時間，并將激光腳點坐標的海拔高度轉換為位勢高度；通過內插得到激光腳點附近的氣象數據；然后計算激光腳點附近的地表大氣壓力；根據干項延遲和濕項延遲公式計算天頂延遲的干項和濕項分量；最后將兩個天頂延遲分量與映射函數相乘得到大氣延遲改正，從而保證星載激光測高數據定位的精度。

技術領域

本發明涉及顧及大氣延遲改正的星載激光數據高精度定位方法，屬于遙感影像處理技術領域。

背景技術

隨著星載對地觀測技術的進步，測繪已經面向現代化、智能化方向發展，傳統的通過野外測量采集基礎測繪數據的作業方式逐漸被航空航天攝影測量所取代。衛星攝影測量具有能快速獲取大范圍數據，不受地域和國家限制等優點，各國都在爭先研制自己的測繪衛星，目前我國的測繪衛星主要包括資源三號、天繪衛星等，衛星相關性能已經躋身世界前列。與高分系列衛星不同的是，測繪衛星對定位精度的要求非常高，由于測繪衛星一般采用兩線陣或三線陣的探測機制，能夠通過攝影測量方式進行地表三維目標的提取，因此高程測量的精度成為測繪衛星的關鍵性能指標之一。

衛星激光測高具有更高的平臺，能夠快速獲取地球表面的大部分區域，并可不受環境和地域國界的限制，在大范圍控制資料的獲取尤其是境外控制資料的獲取方面具有傳統方法難以匹敵的優勢。星載激光測距儀不斷向地表發射高斯激光脈沖，測距儀會記錄每個發射脈沖的發射時間和能量，脈沖被地面反射后回波信號由望遠鏡接收，測高儀記錄脈沖接收的時間和能量。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，對激光測距精度造成顯著影響，使得星載激光測距儀的直接測量高程值并不等于探測目標的真實表面高。因此，有必要在星載激光測高數據定位過程中消除大氣折射對激光測距精度造成的影響。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出了顧及大氣延遲改正的星載激光數據高精度定位方法，解決了星載激光測高數據受到大氣延遲影響導致的激光定位坐標出現偏移的問題。

本發明的技術方案是：

顧及大氣延遲改正的星載激光數據高精度定位方法，包括步驟如下：

步驟1)獲取激光腳點的大地坐標(B，L，h)、測量時間UTC_t，將激光點坐標的海拔高度h，轉換為位勢高度H；

步驟2)根據步驟1)獲得的未經大氣延遲修正的測高儀高程h轉換的位勢高度H尋找NCEP氣象數據中位勢高度相鄰的兩個標準大氣壓力層，兩個符合條件的標準氣壓層對應位勢高度H_0和H_1，相對濕度〖RH〗_0和〖RH〗_1以及溫度T_0和T_1；其中，H∈[H_0，H_1]，H_0與H_1是根據H尋找到的最近兩個位勢高度，H_0是位勢高度較高處；H∈[H_0，H_1]，H_0與H_1是根據H尋找到的最近兩個位勢高度，H_0是位勢高度較高處；

步驟3)在已解算的上述氣象數據參數下從位勢高度H_0處的氣壓層對位勢高度向高度較低方向進行4階Runge-Kutta法數值積分，積分終點為位勢高度H處，解出激光腳點處修正后的地表大氣壓力P_SURF；

步驟4)以步驟3)得到的地表大氣壓力P_SURF為輸入，根據干項延遲和濕項延遲公式計算天頂延遲；

步驟5)以激光指向高度角為輸入，根據映射函數計算激光測距的大氣延遲。

在星載激光測高數據定位過程中考慮了大氣折射對激光測距精度的影像，將大氣延遲帶來的測距改正數描述為映射函數與天頂延遲改正的乘積，根據激光腳點坐標的位勢高度，通過內插得到激光腳點附近的氣象數據，計算激光腳點附近的地表大氣壓力，根據干項延遲和濕項延遲公式計算天頂延遲的干項和濕項分量，最后將兩個天頂延遲分量與映射函數相乘得到大氣延遲改正，從而保證星載激光測高數據定位的精度。