对得到各个波段低通滤波后的图像，同一个像点各波段加权均值，得到最终的多 光谱影像上气溶胶厚度分布图
[0046] S6从NASA服务器中获取行星的S维笛卡儿太阳系质屯、坐标。
[0047] S7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。
[0048] S8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。
[0049] S9从NASA官网上下载NCEP数据，然后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。
[0050] SlO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。NCEP气象数据W标准气压层形式记录位势高度H，溫度T和相对湿度化;而 国产立体测图卫星测高仪的测高数据中使用的是海拔高度h，需要将海拔高度转换成位势 高度：
[0化2] 式中：d)为地理缔度；R为地球的平均半径R = 6371009m，常数项geq = 9.7803267715m/s2，k = 0.001931851353，e2 = 0.00669438002290。
[0053]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，通过由上式未经大气 延迟修正的测高仪高程h转换的位势高度H寻找位势高度相邻的两个标准大气压力层。两个 符合条件的标准气压层对应位势高度HO和Hl，相对湿度化0和畑IW及溫度TO和Tl;按照下 式将相对湿度和溫度T转换成与位势高度H成线性关系的函数：
[00对式中：出<H^o，To和化分别是相邻两个标准大气压层位势高度上层对应的溫度和 位势高度值;Tl和化分别是相邻两标准大气压层位势高度下层对应的溫度和位势高度值。确 定积分步长L =化0-H) /N，N为数值积分次数。
[0057] Pw是水汽分压，R = 8314.510J/kmol ? K为普适气体常数，T为气体溫度，Z为压缩 率。使用上式在已解算的上述气象数据参数下从位势高度较高化0处)的气压层对位势高度 向高度较低方向进行数值积分，积分终点为位势高度H处，解出修正后的地表大气压力。
[005引Sll使用地表大气压数值对测高数据进行修正，
[0化9] ^ = Lo-ALh
[0060] Lo为原始测距值，Li为干项改正后的测距值A L断大气延迟干项，由下式求得：
[0061 ] ALH=(2.3028Xl〇-5m/I^) ? Ps
[0062] S12根据激光发射时刻，用TOPEX/Poseidon数据计算出海平面在发射时刻的海拔 高度。
[0063] S13根据全球风速数据，计算出海面浪高。
[0064] s2 = 0.003+5.12X 1〇-3Ui2.4
[0065] 上式中，Ui2.4表示海洋表面12.4m高度的风速大小，根据风速即可算出海浪的高 度。
[0066] S14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Hwater。
[0067] S15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。
[0069] 上式中，Bstar , Lstar , Hstar表不激光出射时卫星（激光器轴屯、）的位置，Bcroimd , Lcroimd , Hwater表不激光脚点在海表的位置。
[0070] S16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。
[0071 ] ZXwater 二 1^1-LReal
[0072] S17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。
[0073] S18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。影像值与大气延迟的公式用二次多项式表示：
[0074] A昭防'=。巧:哪+'鴻顺巧:+ C
[00巧]上式中，巧,表示影像上对应于激光传输位置的气溶胶像元值。对于国产立体测 图卫星(GF-7W及后续星），在其入轨后的一段时间内，W星上的高分影像算出气溶胶含量， 然后再通过上式算出气溶胶含量所对应的大气延迟量。在不需要检校场的情况下即可完成 大气延迟的标定，从而实现测距值的精确改正。
【主权项】
1. 一种气溶胶厚度与激光雷达测距延迟的自动标定方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 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： (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； (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； (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； (1-4)拟合的亮度值除以真实亮度值，得到每一个像元的气溶胶含量； (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； (2) 对测区内测高数据进行潮汐改正;方法步骤如下： (2-1)从NASA服务器中获取行星的三维笛卡儿太阳系质心坐标； (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； (2-3)使用精密星历，通过拉格朗日多项式内插，就可以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； (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： (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； (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； (3-3)使用地表大气压数值对测高数据进行修正； (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： (4-1)根据激光发射时刻，用TOPEX/Poseidon数据计算出海平面在发射时刻的海拔高 度； (4-2)根据全球风速数据，计算出海面浪高； (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； (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； (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； (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： (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； (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。
【专利摘要】本发明涉及一种气溶胶厚度与激光雷达测距延迟的自动标定方法，该方法用图像上提取气溶胶含量像元值与海表的测距误差值建立相关系数，得到气溶胶含量分布图上无量纲的像元值所代表的测距误差的转化系数，从而可对陆表的测高值进行精确修正。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。
【IPC分类】G01S7/497, G01S17/08
【公开号】CN105527620
【申请号】CN201610019709
【发明人】黄庚华, 杨贵, 谢锋, 舒嵘, 王建宇
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2016年1月13日