[发明专利]一种针对海面波动的机载激光测深数据折射误差改正方法

权利要求书

1.一种针对海面波动的机载激光测深数据折射误差改正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1基于维度特征的邻域自适应海面法向量计算，所述步骤S1利用反射的海面激光点数据，使用基于维度特征的邻域自适应选取方法获取最优海面法向量，具体通过以下方法实现：

S11进行最大邻域半径r_M、最小邻域半径r_m、半径增量r_i的设定，并将当前邻域半径r_c初始化为最小半径r_m；

S12邻域半径从r_m开始逐步增大，分别对每个邻域内的数据做主分量分析，并计算点云数据分布的特征值λ₀，λ₁，λ₂，且λ₀≥λ₁≥λ₂；

S13采用公式(1)进行维度特征的计算，采用公式(2)进行熵函数E_f的计算，具体公式如下：

E_f＝-a_1Dln(a_1D)-a_2Dln(a_2D)-a_3Dln(a_3D)              (2)，

使熵函数E_f取得最小值的半径r_c即为最佳邻域；

S14对最佳邻域内的海面点计算激光扫描数据的法向量；

S2基于海面波动的激光脉冲折射误差改正模型，

所述步骤S2通过对每束激光脉冲由于海面波动引起海底点的折射位移误差进行了严格的建模，列出坐标改正值的对应计算公式，具体通过以下方法实现：

S21距离条件的获取，其具体通过如下获得：通过公式(3)计算出未经海面波动折射改正的水面点O(x_o,y_o,z_o)至对应水底反射脚点A(x_a,y_a,z_a)之间的距离D₁，通过公式(4)计算出经海面波动折射改正后的对应距离D₂，公式(3)、公式(4)具体如下：

其中公式(3)、公式(4)中t为水面反射点与水底反射点之间的时间间隔，c为激光脉冲在水下的传播速度，A′(x,y,z)为经海面波动折射改正后的水底反射脚点，由于激光脉冲在海面波动折射改正前后的水下传播时间和传播速度皆相同，故传播距离也相等，因此D₂＝D₁，由此得出距离条件公式(5)为：

S22角度条件的获取，其具体通过如下获得：首先利用公式(6)进行激光脉冲进入海水的实际入射角α₂计算，

其次通过Snell定律采用公式(7)计算出激光脉冲进入海水的实际折射角β₂，采用公式(8)获得cosβ₂，

整理公式(6)、(7)、(8)获得角度条件公式(9)，具体如下

αx+βy+γz＝(αx₀+βy₀+γz₀)-D₂cosβ₂               (9)，

上式中为邻近波动海面实际法向量，为激光脉冲入射光线向量，n₁和n₂分别为激光脉冲在空气和海水中的折射率，其中n₁取值1.0，n₂取值1.33，海水折射率精确值根据海水的温度、盐度和深度计算获取，sinα₂通过矢量和矢量的矢积计算获取；

S23共面条件的获取，根据Snell定律可知，与海面波动折射效应相关的三个向量和分布在同一个平面上，按照向量共面的条件，存在m和n使得下面公式成立：

整理公式(10)获得共面条件公式(11)，具体如下：

联立距离条件公式、角度条件公式和共面条件公式，经求解最多可以得到两个海面波动折射改正后的海底激光点A'(x,y,z)，省略去无解的情况，对于非唯一解的情况，选择距离点A(x_a,y_a,z_a)最近的点作为波动海面折射改正后的坐标值，从而排除计算结果的二义性并获取折射改正后海底激光点的坐标值，从而对机载激光测深数据完成针对海面波动的机载激光测深数据折射误差改正。

2.根据权利要求1所述的一种针对海面波动的机载激光测深数据折射误差改正方法，其特征在于，所述S11中邻域半径的选取范围大小根据实际机载激光扫描数据的点密度大小进行确定。