技术领域
[0001] 本
发明涉及顾及大气延迟改正的星载激光数据高精度定位方法，属于遥感影像处理技术领域。
背景技术
[0002] 随着星载对地观测技术的进步，测绘已经面向现代化、智能化方向发展，传统的通过野外测量采集
基础测绘数据的作业方式逐渐被航空航天摄影测量所取代。卫星摄影测量具有能快速获取大范围数据，不受地域和国家限制等优点，各国都在争先研制自己的测绘卫星，目前我国的测绘卫星主要包括资源三号、天绘卫星等，卫星相关性能已经跻身世界前列。与高分系列卫星不同的是，测绘卫星对定位精度的要求非常高，由于测绘卫星一般采用两线阵或三线阵的探测机制，能够通过摄影测量方式进行地表三维目标的提取，因此高程测量的精度成为测绘卫星的关键性能指标之一。
[0003] 卫星激光测高具有更高的平台，能够快速获取地球表面的大部分区域，并可不受环境和地域国界的限制，在大范围控制资料的获取尤其是境外控制资料的获取方面具有传统方法难以匹敌的优势。星载激光测距仪不断向地表发射高斯激光脉冲，测距仪会记录每个发射脉冲的发射时间和
能量，脉冲被地面反射后回波
信号由望远镜接收，测高仪记录脉冲接收的时间和能量。当激光脉冲穿过
地球大气层时，由于大气折射率不均匀产生的激光脉冲传输延迟，对激光测距精度造成显著影响，使得星载激光测距仪的直接测量高程值并不等于探测目标的真实表面高。因此，有必要在星载激光测高数据定位过程中消除大气折射对激光测距精度造成的影响。
发明内容
[0004] 本发明的技术解决问题是：克服
现有技术的不足，提出了顾及大气延迟改正的星载激光数据高精度定位方法，解决了星载激光测高数据受到大气延迟影响导致的激光定位坐标出现偏移的问题。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 顾及大气延迟改正的星载激光数据高精度定位方法，包括步骤如下：
[0007] 步骤1)获取激光脚点的大地坐标(B，L，h)、测量时间UTC_t，将激光点坐标的海拔高度h，转换为位势高度H；
[0008] 步骤2)根据步骤1)获得的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NCEP气象数据中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H_0和H_1，
相对湿度〖RH〗_0和〖RH〗_1以及
温度T_0和T_1；其中，H∈[H_0，H_1]，H_0与H_1是根据H寻找到的最近两个位势高度，H_0是位势高度较高处；H∈[H_0，H_1]，H_0与H_1是根据H寻找到的最近两个位势高度，H_0是位势高度较高处；
[0009] 步骤3)在已解算的上述气象数据参数下从位势高度H_0处的气压层对位势高度向高度较低方向进行4阶Runge-Kutta法数值积分，积分终点为位势高度H处，解出激光脚点处修正后的地表大气压力PSURF；
[0010] 步骤4)以步骤3)得到的地表大气压力PSURF为输入，根据干项延迟和湿项延迟公式计算天顶延迟；
[0011] 步骤5)以激光指向高度
角为输入，根据映射函数计算激光测距的大气延迟。
[0012] 在星载激光测高数据定位过程中考虑了大气折射对激光测距精度的影像，将大气延迟带来的测距改正数描述为映射函数与天顶延迟改正的乘积，根据激光脚点坐标的位势高度，通过内插得到激光脚点附近的气象数据，计算激光脚点附近的地表大气压力，根据干项延迟和湿项延迟公式计算天顶延迟的干项和湿项分量，最后将两个天顶延迟分量与映射函数相乘得到大气延迟改正，从而保证星载激光测高数据定位的精度。
[0013] 步骤4)所述干项延迟ΔLH、湿项延迟ΔLW，具体为：
[0014]
[0015]
[0016] k′2(λ)＝k2(λ)-k1(λ)MW/Md
[0017]
[0018] k2(λ)＝0.648731+0.0174174λ-2+3.5575×10-4λ-4+6.1957×10-5λ-6[0019] 其中，λ为
波长，gm为平均海平面的重力
加速度，R为普适气体常数，Md为干空气分子量，PW为总可降
水气量。
[0020] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0021] 本发明对激光测高数据中大气折射引起的误差进行了改正，消除了大气延迟对激光测高数据辅助的区域网平差精度的影响，对无地面控制点情况下的卫星影像区域网平差提供了可靠的高程控制依据，可以极大的提高无控条件下卫星影像区域网平差结果精度。
附图说明
具体实施方式
[0023] 本发明提出一种顾及大气延迟改正的星载激光数据高精度定位方法：首先获得激光脚点的大地坐标和测量时间，并将激光脚点坐标的海拔高度转换为位势高度；根据激光脚点的位势高度寻找相邻两个标准大气压力层，通过内插得到激光脚点附近的气象数据；然后计算激光脚点附近的地表大气压力；得到激光脚点附近的地表大气压力后，根据干项延迟和湿项延迟公式计算天顶延迟的干项和湿项分量；最后将两个天顶延迟分量与映射函数相乘得到大气延迟改正，从而保证星载激光测高数据定位的精度。
[0024] 顾及大气延迟改正的星载激光数据高精度定位方法，包括步骤如下：
[0025] 步骤1)获取激光脚点的大地坐标(B，L，h)、测量时间UTC_t，将激光点坐标的海拔高度h，转换为位势高度H；
[0026] 步骤2)根据步骤1)获得的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NCEP气象数据中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H_0和H_1，相对湿度〖RH〗_0和〖RH〗_1以及温度T_0和T_1；其中，H∈[H_0，H_1]，H_0与H_1是根据H寻找到的最近两个位势高度，H_0是位势高度较高处；H∈[H_0，H_1]，H_0与H_1是根据H寻找到的最近两个位势高度，H_0是位势高度较高处；
[0027] 步骤3)在已解算的上述气象数据参数下从位势高度H_0处的气压层对位势高度向高度较低方向进行4阶Runge-Kutta法数值积分，积分终点为位势高度H处，解出激光脚点处修正后的地表大气压力PSURF；
[0028] 步骤4)以步骤3)得到的地表大气压力PSURF为输入，根据干项延迟和湿项延迟公式计算天顶延迟；
[0029] 步骤5)以激光指向高度角为输入，根据映射函数计算激光测距的大气延迟。
[0030] 在星载激光测高数据定位过程中考虑了大气折射对激光测距精度的影像，将大气延迟带来的测距改正数描述为映射函数与天顶延迟改正的乘积，根据激光脚点坐标的位势高度，通过内插得到激光脚点附近的气象数据，计算激光脚点附近的地表大气压力，根据干项延迟和湿项延迟公式计算天顶延迟的干项和湿项分量，最后将两个天顶延迟分量与映射函数相乘得到大气延迟改正，从而保证星载激光测高数据定位的精度。
[0031] 步骤4)所述干项延迟ΔLH、湿项延迟ΔLW，具体为：
[0032]
[0033]
[0034] k′2(λ)＝k2(λ)-k1(λ)MW/Md
[0035]
[0036] k2(λ)＝0.648731+0.0174174λ-2+3.5575×10-4λ-4+6.1957×10-5λ-6[0037] 其中，λ为波长，gm为平均海平面的
重力加速度，R为普适气体常数，Md为干空气分子量，PW为总可降水气量。
[0038] 参见图1，
实施例的流程可以分为如下几个步骤，每个步骤实施的具体方法、公式以及流程如下：
[0039] 1.获取激光脚点的大地坐标(B，L，h)、测量时间UTC_t，将激光点坐标的海拔高度h，转换为位势高度H，计算公式如下所示：
[0040]
[0041] 其中， 为激光脚点的地理纬度，R为地球平均半径，geq＝9.7803267715m/s2，k＝2
0.001931851353，e＝0.00669438002290。
[0042] 2.根据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NCEP气象数据中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H0和H1，相对湿度RH0和RH1以及温度T0和T1。其过程是：根据测高仪激光脚点的经纬度坐标 寻找该地理
位置在NCEP气象数据1°×1°经纬网格点上相邻4点，作为气象数据空间双线性内插的基准点。根据测高仪测量时间(使用UTC世界协调时)，寻找此时对应的前后两组气象数据，以这两组气象数据时间作为基准，做
时间线性内插；
[0043] 3.在已解算的上述气象数据参数下从位势高度较高(H0处)的气压层对位势高度向高度较低方向进行4阶Runge-Kutta法数值积分，积分终点为位势高度H处，解出修正后的激光脚点处的地表大气压力PSURF。
[0044] 将获得气象数据参数气压P，干空气压缩率Zd和水汽压缩率Zw以及水汽压Pw表示为位势高度H的函数：
[0045]
[0046] 其中，g0＝9.80665m/s2，R为普适气体常数，T为温度，Md和MW分别为干空气和水汽的分子量。
[0047] PW＝Rh·Pb10C(T)
[0048] 其中，R是地球半径的平均半径值，h为激光脚点海拔高度。
[0049]
[0050]
[0051] as＝{2794.027，1430.604，-18.234，7.674，-0.022，0.263，0.146，0.055，0.033，0.015，0.013}，Tmax＝648K，Tmin＝273K，Pb＝1000Pa
[0052]
[0053] 式(2)为一阶非线性的常微分方程，可以采用四阶Runge-Kutta公式进行计算数值积分计算得到激光脚点处的地表大气压力PSURF，具体公式如下所示：
[0054]
[0055] 其中，l为积分步距，l＝(H0-H)/N，N为积分次数，N取1000时能较好满足气压精度和计算时间的要求，Pi+1为Hi+1＝Hi+l处的气压值。
[0056] 4.以得到的地表大气压力PSURF为输入，根据干项延迟和湿项延迟公式计算天顶延迟，天顶延迟分为干项延迟与湿项延迟，两者之和为总的大气造成的天顶延迟，gm为平均海平面的重力加速度。
[0057]
[0058]
[0059]
[0060] 其中，k1(λ)是与激光波长有关的经验函数，k′2(λ)＝k2(λ)-k1(λ)MW/Md。对于激光波长为1.064μm的激光而言，参数k1(λ)＝0.80277K/Pa，k2(λ)＝0.66388K/Pa。Pw为总可降水气量。
[0061]
[0062] 其中，λ为波长，gm为是平均海平面的重力加速度，geq＝9.780326771m/s2，k＝0.001931851353。
[0063] 5.得到天顶延迟后，与映射函数乘积的方法来计算不同高度角时的大气延迟，映射函数具体公式如下：
[0064]
[0065] 其中，a，b，c为待定常数，可以用气象数据来估计，但可用式(8)表示的简单映射函数代替，有学者验证，其计算结果与CfA2.2映射函数模型差别不超过0.5mm，与NMF模型差别不超过0.1mm。
[0066] 当激光指向角小于10°时，可用下式作为映射函数公式：
[0067]
[0068] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附
权利要求书所定义的范围。
[0069] 本发明
说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
