[发明专利]基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法

摘要

本发明公开了一种基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，根据所述海面回波脉冲生成三维海面数据，建立以激光雷达发射点M为原点的空间直角坐标系，计算出海面入射点在所述空间直角坐标系中的坐标；通过建立以海面入射点为坐标原点的三维海面坐标系，并计算出激光入射到海水中的入射角α和折射角β，进而可以根据入射角α、折射角β以及折射光线的入射距离L’计算出海底深度h，根据海平面高度△h校正所述海底深度h，得出海底深度校正值h¹，由此便可形成海底地形数据。本发明的海面误差校正方法可以有效校正因海面波浪起伏所引起的误差，解决了传统机载激光雷达测量海底地形精度差的问题，实现了海底地形的精确测量。

主权项

1.一种基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，包括：利用机载激光发射器发射激光脉冲，照射目标海域；利用激光雷达扫描系统采集激光脉冲入射到海面形成的海面回波脉冲和入射到海底形成的海底回波脉冲；根据所述海面回波脉冲生成三维海面数据，在所述三维海面数据中包含有回波脉冲点的经纬度坐标以及激光雷达发射点M距离海平面的高度H；选择海面回波脉冲中的每一个回波脉冲点作为海面入射点o，以所述激光雷达发射点M为坐标原点、飞机的飞行方向为X轴建立空间直角坐标系，计算所述海面入射点o在所述空间直角坐标系中的坐标(X,Y,Z)；确定所述海面入射点o所在海平面的切面以及所述切面的法线，建立起以所述海面入射点o为坐标原点、以所述海平面的切面为XOY面的三维海面坐标系；所述三维海面坐标系的构建过程包括：以所述海面入射点o为交点，形成x线和y线；其中，x线与飞机的飞行方向平行，且由飞机飞行方向上的相邻海面回波脉冲点的连线形成；y线是与x线不同方位且由在该方位上的相邻海面回波脉冲点的连线形成；选取x线上包括所述海面入射点o在内的连续的n个脉冲点，分别记为x1、x2、x3、x4、x5、……、xo、……、xn‑4、xn‑3、xn‑2、xn‑1、xn，所述n个脉冲点的坐标为：Xxi＝Lxisinγcosδxi+vtxiYxi＝LxisinγsinδxiZxi＝Lxicosγ；其中，γ是天顶角；Lxi是第i个脉冲点xi所对应的激光雷达发射光入射到海面的入射距离；δxi是第i个脉冲点xi所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角；v是飞机的飞行速度；txi是第i个脉冲点xi与海面入射点o之间的飞机飞行的时间差，且txo＝0；选取y线上包括所述海面入射点o在内的连续的m个脉冲点，分别记为y1、y2、y3、y4、y5、……、yo、……、ym‑4、ym‑3、ym‑2、ym‑1、ym，所述m个脉冲点的坐标为：Xyj＝Lyjsinγcosδyj+vtyjYyj＝LyjsinγsinδyjZyj＝Lyjcosγ；其中，Lyj是第j个脉冲点yj所对应的激光雷达发射光入射到海面的入射距离；δyj是第j个脉冲点yj所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角；tyj是第j个脉冲点yj与海面入射点o之间的飞机飞行的时间差，且tyo＝0；利用x线上的所述n个脉冲点的坐标采用最小二乘法进行拟合，形成ox曲线；利用y线上的所述m个脉冲点的坐标采用最小二乘法进行拟合，形成oy曲线；根据所述ox曲线和oy曲线分别求出两条曲线在入射点o的切线，形成以海面入射点o为坐标原点O的三维海面坐标系的OX轴和OY轴；将OX轴和OY轴所形成的XOY面的法线作为Z轴，形成所述的三维海面坐标系；在所述三维海面坐标系中，OX轴和OY轴是不正交的；在所述三维海面坐标系中，计算所述海面入射点o所对应的激光脉冲入射到海水中所形成的入射角α和折射角β；在所述空间直角坐标系中，根据所述入射角α、折射角β、折射光线的入射距离L’以及所述海面入射点o的坐标(X,Y,Z)，计算海底反射点N的坐标(X1，Y1，Z1)以及海底深度h；根据海平面高度△h校正所述海底深度h，得出海底深度校正值h1，形成海底地形数据。