【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于三维光线追迹的大气延迟改正方法，尤其是涉及大入射角条件下的星载激光雷达对地观测时产生大气延迟的测距误差修正方法，属于卫星遥感领域。
技术介绍
1、星载海洋激光雷达能够获得海洋的次表层信息，实现海洋遥感从二维平面到三维立体的观测，它不受太阳光限制，可实现长期连续观测等优势，和传统的遥感手段相比，具有不可替代的优势。
2、目前，对地观测的星载激光雷达主要采用近天顶(小入射角)方向发射激光脉冲，以便获得较高的地面光斑几何定位精度。大气折射产生的测距误差是激光雷达几何定位的主要误差之一，由此产生的误差严重的影响了地面光斑的几何定位精度。激光穿越大气过程中产生的大气延迟可利用映射函数和天顶延迟的关系计算。但是对于海洋激光雷达卫星来说，激光雷达通过后向散射来接收信号，当激光采用近天顶(小入射角)方向发射时，海洋表面的反射信号会比水体散射信号高1-2个数量级，表层信号可能会使探测器饱和，影响次表层水体信号的反演。因此，星载海洋激光雷达卫星的入射角一般较大，针对于这种大入射角度的倾斜，采用映射函数和天顶延迟的关系计算大气延迟会带来较大的误差，需要采用更精确的模型来修正误差。当卫星的轨道高度为400km，激光入射角为15°，地面光斑相对于星下点的偏移可达上百公里，如果仍使用星下点坐标的温度、湿度和大气压力，计算大气延迟可能会引入较大误差。光线追迹模型有二维和三维两种，二维光线追迹模型和三维光线追迹模型的计算原理是一致的，在二维光线追迹模型，认为光线从卫星到达地面是沿着近天顶方向，激光从大气层顶到达地面过程中，只考
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种基于三维光线追迹的大气延迟改正方法，应用于大入射角工作条件下的星载激光雷达大气延迟校正，以提高大气延迟修正的计算精度。
2、基于三维光线追迹的大气延迟修正方法，其特征在于包括步骤如下：
3、步骤1，计算激光在大气层顶的入射角θ1；
4、步骤2，对大气层进行分层：
5、利用激光在大气层顶的海拔高和在地面未经修正的海拔高，每30m对大气层分层，所得层数记为k；
6、步骤3，分层计算实际轨迹的大气折射率：
7、a对于激光在第i层大气的位置矢量(xi,yi,zi)，将其转换为经纬高(bi,li,hi)，i＝1,…,k-1，利用bi和li寻找era5数据中邻近的8个网格点。
8、b位置矢量(xi,yi,zi)及其临近8个网格点的大气压力p、温度tmp和相对湿度rh，在垂直方向采用样条插值，在水平方向上采用克里金插值。
9、c将第i层的高程hi转换为海拔高度hi，根据步骤3b的前三项插值和大气折射率计算公式得到激光在第i+1层的大气折射率ni+1；
10、步骤4，分层计算激光穿越大气的实际轨迹：
11、a使用折射定律的矢量形式，根据第i层激光单位入射矢量pi、位置矢量(xi,yi,zi)、激光入射角θi、步骤3c中的大气折射率ni+1和i层大气折射率ni，得到第i+1层激光单位入射矢量pi+1；
12、b利用矢量的计算，根据第i+1层激光单位入射矢量pi+1、i层位置矢量(xi,yi,zi)以及第i+1层大气到地球质心的距离r0-(i+1)hx，得到激光在第i层大气的前进距离ρi，进而得到激光在第i+1层的位置矢量(xi+1,yi+1,zi+1)，其中r0为地心至大气层顶的距离，hx＝30m；
13、c利用第i+1层的激光单位入射矢量pi+1和位置矢量(xi+1,yi+1,zi+1)，得到激光在第i+1层的入射角θi+1；
14、步骤5，重复步骤3和4，直到激光到达地面为止，从而得到激光光斑在地表的位置坐标；
15、步骤6，计算理论条件下激光穿越大气的轨迹，根据步骤1激光点在大气层顶的位置矢量和步骤5激光光斑在地表的位置坐标，得到激光从大气层顶到达地面的理论距离；
16、步骤7，利用步骤3和步骤4得到的大气折射率和激光实际轨迹，沿着激光实际轨迹对大气折射率积分减去理论上距离，得到大气延迟。
17、所述步骤1具体如下：
18、获取星载激光雷达的初始激光单位入射矢量p0、卫星轨道位置矢量(x0,y0,z0)，利用矢量计算，得到激光大气层顶的位置矢量(x1,y1,z1)和第1层激光单位入射矢量p1，利用位置矢量(x1,y1,z1)和激光单位入射矢量p1得到激光在大气层顶的入射角θ1；
19、所述步骤2对大气层进行分层，具体如下：
20、将步骤1中激光在大气层顶的位置矢量(x1,y1,z1)转换为经纬高(b1,l1,h1)，进一步将高程h1转换为海拔高h1，利用激光在大气层顶的海拔高h1和在地面未经修正的海拔高hend，每30m对大气层分层，所得层数记为k。
21、有益效果
22、对于大入射角条件的星载激光雷达系统，采用映射函数和天顶延迟的关系计算大气延迟，可能会产生较大误差，本专利技术可以解决这方面的问题，本专利技术基于三维光线追迹来修正大气延迟，可精确计算激光穿越大气层过程中的光线轨迹和大气折射率，因而能获得更高的计算精度，提供高精度的大气延迟修正量。
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1.基于三维光线追迹的大气延迟修正方法，其特征在于包括步骤如下：
2.如权利要求1所述的基于三维光线追迹的大气延迟修正方法，其特征在于所述步骤1具体如下：
3.如权利要求1所述的基于三维光线追迹的大气延迟修正方法，其特征在于所述步骤2对大气层进行分层，具体如下：
【技术特征摘要】
1.基于三维光线追迹的大气延迟修正方法，其特征在于包括步骤如下：
2.如权利要求1所述的基于三维光线追迹的大气延迟修正方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：张智宇，李善杰，吴松华，宋小全，戴光耀，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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