基于波形参数匹配的星载激光测高仪脚点位置真实性检验研究

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星载激光测高仪是一种主动式遥感观测系统,结合卫星平台的高精度姿态和位置信息以及激光指向信息,可以获取激光脚点的定位坐标。在高分辨率立体测绘中,将激光测高仪激光脚点作为光学相机控制点,可以发挥两种传感器的优点,实现高精度的对地观测,生成高分辨率的立体测绘成果。然而星载激光测高仪发射及在轨运行期间的指向角系统误差以及大气折射效应所导致的光束传输方向发生弯曲,会产生较大的激光脚点平面位置偏差,从而降低星载激光测高仪脚点作为光学测绘卫星控制点的可靠性和准确性。针对具备波形记录功能的线性体制星载激光测高仪,传统的全波形匹配方法通过查找仿真回波与采集回波之间的相关系数的最大值位置,来实现激光脚点的准确定位。然而全波形匹配的相关系数极易受到噪声和地形起伏特征的影响,在较小起伏的地形中存在大范围高相关性区域,导致激光脚点的定位精度降低。本文针对全波形星载激光测高仪,从全波形的频率特征和波形特征的细节出发,在考虑相邻激光脚点指向相似性的前提下,提出一种多约束条件下的星载激光测高仪激光脚点检校方法,以获取高精度的激光脚点位置,主要开展以下工作:(1)基于星载激光测高仪全波形的分布特点,提出一种基于偏正态模型的分解方法,将带有激励的Richardson-Lucy(RL)反卷积算法与逐层分解算法、梯度下降法相结合,实现仿真波形和实际采集波形的分解,以提取得到各波形分量的特征参数序列;(2)研究波形参数匹配和复频域匹配算法,基于仿真波形数据,分析波形质量、地形起伏和激光指向角随机误差等因素对各种算法精度的影响。仿真结果表明,基于波形参数的匹配算法性能最优,更适用于星载激光测高仪脚点位置真实性检校;(3)以GEDI激光测高仪采集的实际回波数据和地形数据为输入,基于全波形参数的匹配算法,分析各波形参数分量对检校结果的影响,并以多激光脚点波形参数序列为匹配条件,实现对GEDI激光测高仪激光脚点位置的长、短周期真实性检校。结果表明:短周期内GEDI同一个全功率激光器产生的两个轨迹线具有相近的平面偏移量;长周期尺度下,GEDI全功率激光器轨迹脚点的平面偏移量会发生起伏变化,其最大的变化能够达到7.3米。基于波形参数匹配的激光测高仪脚点真实位置检校算法,可以为我国星载测高仪硬件系统的顶层方案设计及其硬件参数标定、激光脚点产品的平面位置修正提供必要的数据支撑,对于提升星载激光测高仪数据产品在对地高分辨率成像中的应用具有重要的价值。
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