一种气溶胶厚度与激光雷达测距延迟的自动标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于遥感对地观测技术领域，具体设及一种气溶胶厚度与激光雷达测距延 迟的自动标定方法。
【背景技术】
[0002] 为了提高立体测图卫星的精度，亟需解决激光测高仪测高测距数据不准确的运一 关键技术问题。其中最重要内容就是定期对激光测高数据的水汽延迟量的大小进行标定， 并W此进行水汽延迟改正，从而获取精确的测距数据，从而提高激光测距的精度。
[0003] 现有的激光测距改正技术需要依靠 NCEP提供的准确大气数据，进而对测距进行精 确的改正。运种方法不适用于国产激光测高卫星，一是由于NCEP并不及时对中国用户开放， 造成国产激光测高卫星由于缺乏大气辅助数据而不进行精确大气改正的情况，从而无法获 得准确的测距数据，最终导致国产立体测图卫星的整个工程任务的失败；第二个因素是 NPEC数据空间分辨率有限，其1*1°的分辨率很难区分出激光传输路径上的各种小云层等 等，使用NPEC进行大气改正的精度有限。
[0004] 通过各种国产数据获取大气气溶胶含量的分布，并改正国产立体测图卫星的激光 测距值成为测距精确修正的最可行手段。新一代立体测图卫星含有双线阵和多光谱影像， 与激光测距仪基本同时工作，运些影像上准确捕获了激光测距时的瞬时气溶胶分布情况。 从运些影像上提取出的气溶胶数据，能够最准确反映出激光发射/反射路径上的真实气溶 胶分布。然而，通过图像处理方法识别出的气溶胶是一个无量纲数值，不代表任何物理含 义，需要进行标定。
[0005] 由于激光落脚点的不可见性质，且1064nm波长的光斑到达地面的位置难W预知， 在陆地表面进行气溶胶的方法具有极大的技术挑战，然而海平面的实时高程是可W通过潮 软模型精确计算出来的，因此能够通过海面的高程和激光的发射位置精确计算出实际的激 光路径长度，从而计算出实际大气延迟量，进而完成标定工作。运一过程完全不依赖于地面 实测值，具有高效、高精度、价廉的多重优点。
[0006] 通过提取的气溶胶厚度，与海表计算得到的实际大气延迟数值进行回归分析，就 可W得到不同气溶胶厚度情况下的气溶胶像元值与激光测距值改正数的关系。从而在轨工 作期间计算出各个测量数据的实际测距改正值，W此为国产高分辨率立体测图卫星系统的 激光器提供精确的测距值，最终获取高精度的控制点数据。运对于提升我国对地观测卫星 数据几何处理精度和产品质量具有极为重要的意义。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的问题是:在不依赖于地面测量的情况下，提供一种高精度、便捷 的自动标定方法，实时标定出气溶胶对大气测距延迟的影响大小，从而大幅度提高陆地表 面激光测高数据的准确性。
[000引本发明提供的技术方案采用如下步骤：
[0009] (I)从国产立体测图卫星在海洋测区的足印与多光谱图像上提取气溶胶含量分布 图；分布图提取方法步骤如下：
[0010] (1-1)将待识别气溶胶厚度的多光谱图像与辅助影像进行配准；
[0011] (1-2)对多光谱图像上的任意一个点在整副图像A上找到与其同类的像元，根据辅 助影像筛选出类别不变的点；
[0012] (1-3)建立每一个像点多光谱图像与辅助影像回归关系，用辅助影像拟合出多光 谱图像；
[0013] (1-4)拟合的亮度值除W真实亮度值，得到每一个像元的气溶胶含量；
[0014] (1-5)对各个波段得到的气溶胶含量图像低通滤波，对各波段进行加权平均得到 最终的气溶胶含量分布图；
[0015] (2)对测区内测高数据进行潮软改正;方法步骤如下：
[0016] (2-1)从NASA服务器中获取行星的S维笛卡儿太阳系质屯、坐标；
[0017] (2-2)利用美国海军天文台提供的C版本矢量天文子程序N0VASVer2.0,计算得到 太阳和月亮任意时刻在协议地球坐标中的坐标；
[0018] (2-3)使用精密星历，通过拉格朗日多项式内插，就可W求得任意时刻卫星在协议 地球坐标系中的坐标，逐步计算即可得到地球固体潮改正.
[0019] (3)使用全球大气分布模型确定大气成分和厚度，对测距值进行大气干项延迟改 正;方法步骤如下：
[0020] (3-1)对在时间和空间上都不连续的气象数据进行内插，得到激光发射时刻和位 置的气象数据；
[0021] (3-2)对经过内插计算得到的与测高仪时空间隔相同的气象数据，通过未经大气 延迟修正的测高仪高程转换的位势高度寻找位势高度相邻的两个标准大气压力层，计算地 表大气压数值积分；
[0022] (3-3)使用地表大气压数值对测高数据进行修正；
[0023] (4)通过海表高程数据和大气干项改正后的测高数据，计算气溶胶延迟量;方法步 骤如下：
[0024] (4-1)根据激光发射时刻，用TOPEX/化seidon数据计算出海平面在发射时刻的海 拔高度；
[0025] (4-2)根据全球风速数据，计算出海面浪高。
[0026] (4-3)根据激光光斑的落脚位置和激光光斑的大小，由海面高度和海面浪高算出 激光光斑内的海水表面平均高程；
[0027] (4-4)根据激光发射时的轨道位置、光斑脚点海面平均高程计算出实际的传输路 径长度；
[0028] (4-5)由干项改正后的测距数据和实际传输路径长度计算出水汽对测距的延迟 量；
[0029] (5)计算气溶胶像元值与测距延迟量的相关系数;方法步骤如下：
[0030] (5-1)由多个在海面的测高数据分别计算出气溶胶水汽造成的测距延迟量、影像 气溶胶含量大小；
[0031] (5-2)使用最小二乘法，用测距延迟量、影像气溶胶含量大小拟合出二者之间的关 系。
[0032] 本发明方法无需地面实测数据，自动建立影像气溶胶亮度值与大气湿项延迟、即 气溶胶延迟量之间的关系，从而实现对任意测高数据的精确大气湿项改正，为星载激光测 高仪测高数据的修正起到重要作用校正。
【附图说明】
[0033] 图1是气溶胶标定的流程示意图。
【具体实施方式】
[0034] 为更好地阐述本发明的技术方案和优点，下面将结合附图对本发明的实施过程做 进一步的描述。
[0035] Sl将待识别气溶胶厚度的多光谱图像与辅助影像进行配准。
[0036] 使用同名点匹配方法，从A与B中选择控制点。考虑到卫星影像由于姿态误差与地 形误差带来的不规则变化，在控制点选取时针对复杂区域如城区和山区适当加密运一区域 的控制点数量。
[0037] S2对多光谱图像上的任意一个点在整副图像A上找到与其同类的像元，根据辅助 影像筛选出类别不变的点。根据计算得到的相似度閒角定A与P点是否属于同一类像元，若R 小于0.1，则认为A与P点属于同一类像元，将运个点标记下来。按照上述方法找到图像A上所 有与点Q同类的像元位置，假设共找到n个，将运些像点标记为:P1---Pn。
[0038] S3建立影像A与C像元Pl---化在各个波段之间的线性关系，具体方法是对于图像A 的任意一个波段，从图像C中找到与其波长最接近的波段，根据运两个波段上Sl--Sm点的 像元值，拟合出C到A的关系：
[0039] VA=a*Vc+b
[0040] S4拟合的亮度值除W真实亮度值，得到每一个像元的气溶胶含量。
[004。 其中，Va表示图像A的像元值，Vc表示图像C的像元值。
[0042] 根据得到的拟合系数，使用图像C的像元拟合出P点对应于图像A的像元值。用P点A 图像上的值除W拟合得到的值，即可得到P点的气溶胶含量值。
[0043] S5对各个波段得到的气溶胶含量图像低通滤波，对各波段进行加权平均得到最终 的气溶胶含量分布图。
[0044] 由于气溶胶的分布在空间上是渐变的，因此，其在计算得到的气溶胶图像上表现 为低频分布的趋势。得到的各个波段的气溶胶厚度图像分别进行低通滤波；
[0045]