[发明专利]星载激光测高系统固体地表目标平面和高程精度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测高系统固体地表目标平面和高程精度检测方法，尤其是涉及一种星载激光测高系统固体地表目标平面和高程精度检测方法。

背景技术

星载激光测高系统是一种主动式测量系统，通过接收卫星平台激光器发出的激光脉冲经地表反射的微弱回波，精确计算激光脉冲在卫星和地面之间的渡越时间，得到卫星和地表的距离；结合卫星精密轨道和姿态数据，生成激光脚点精确地理位置和高程结果。通过卫星连续运行，最终得到覆盖地球表面DEM模型。

激光测高系统发射的激光脉冲能穿透植被获取三维地形，具有传统摄影测量方式无法取代的优点；其激光发散角在亚毫弧量级，水平定位精度和分辨率远远高于微波雷达方式；位于大气透过窗口的1064nm波长激光可以直接被冰盖和海洋表面反射，几乎没有穿透效应，高程精度可达15cm。这些优点使其广泛用于南北极冰盖变化监测、极区附近海冰变化监测、植被年际变化监测，少量用于海洋环境监测等领域；如果作为遥感影像的地面高程控制点，可以生成1:10000的大比例尺地形图。

ICESat卫星搭载的GLAS系统于2003年发射升空，在轨间断运行7年，是目前为止唯一一颗用于全球地表观测的星载激光测高系统。对地球观测的GLAS系统的观测成果不仅包含器件本身所带来的误差，也包含如光束穿越大气产生的散射和折射等环境误差，以及由地表斜率或粗糙度等引起的目标误差。因此，建立测高系统测距精度模型，以及完整的激光脚点平面和高程精度快速检测方法对激光测高系统参数设计、误差分析和数据产品的有效性和准确性评估至关重要。

然而，目前已有测距精度模型较为复杂，还没有全面分析器件、环境和目标对测距影响的简化数学模型，GLAS的技术文档中也没有给出完整描述星载激光测高系统平面和高程精度的数学模型，而是直接列出影响数值大小。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种星载激光测高系统固体地表目标平面和高程精度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据测高系统硬件参数计算受器件影响的距离误差ΔR_n；并设定大气透过率T_a、目标表面反射率β_r、以及其它测高系统参数如发射能量Q，接收望远镜面积A_R；

步骤2，输入地表目标高度模型数据，即沿X_D和Y_D均匀采样地表目标相对于X_DO_DY_D平面的高度；筛选得到光斑直径D范围内的所有高程点(x_n,y_n,z_n)；使用LM算法拟合筛选后所有高程点(x_n,y_n,z_n)的最接近平面，并计算平面法向量(a₁,a₂,-1)，进而计算目标表面斜率S；并通过直接求解所有的z_n标准差得到筛选后的光斑内目标表面粗糙度Std(Δξ)；最后通过步骤1设定的参数计算回波光子数N；这里，需要解释一下筛选的目的，由于激光测高系统发射的激光脉冲照射到地球表面时呈近似圆形分布光斑，其光斑直径为D，该原则是保留光斑内的高程点，因为光斑之外的点不对观测造成影响，如果不剔除相当于混入了噪声。

步骤3：使用步骤2得到的表面斜率S和粗糙度Std(Δξ)，回波光子数N，并设定测高系统探测器噪声系数F，以及光束指向角β，即天底方向与激光光轴夹角，计算目标影响导致的测距误差ΔR_pr、ΔR_ps和ΔR_pp；