專利名稱：一種大腳印激光脈沖回波波形的仿真算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空探測(cè)中星載激光高度計(jì)測(cè)高仿真，特別是針對(duì)大腳印激光脈沖回波波形的一種仿真算法。
背景技術(shù)：
在航空航天科技中，通過(guò)激光測(cè)高得到探測(cè)目標(biāo)的高度數(shù)據(jù)是必不可少的技術(shù)。比如中國(guó)的“嫦娥”探月工程中第一階段的航天器“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星的重要有效載荷之一激光高度計(jì)將利用主動(dòng)激光測(cè)高技術(shù)，測(cè)量衛(wèi)星到月球表面天底點(diǎn)的距離，得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)地面應(yīng)用系統(tǒng)處理后可獲得月球表面的高度數(shù)據(jù)，再結(jié)合拍攝的月球紋理照片獲得月球三維立體地形等。這不僅進(jìn)一步加深對(duì)月球信息的了解，而且為后期探月階段中衛(wèi)星的軟著陸中著陸點(diǎn)的選取，提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。
但是，限于實(shí)驗(yàn)條件的限制和目前國(guó)際在探月方面共享的信息很少，也不能輕易做一次衛(wèi)星飛行試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一些理論研究，對(duì)衛(wèi)星飛行中測(cè)高回波波形的仿真就有助于預(yù)先了解一些特性，從理論上掌握一些先驗(yàn)知識(shí)。但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)激光測(cè)高回波波形的仿真主要集中在機(jī)載激光測(cè)高方面，這種情況下激光高度計(jì)與被測(cè)目標(biāo)間距離小，只有幾公里，導(dǎo)致激光光斑(即激光腳印)小，一般面積不到1m2，而且容易試驗(yàn)，可以結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況對(duì)其仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證和修改，所以小腳印激光脈沖回波的仿真比較成熟，而在大腳印方面，因?yàn)榧す飧叨扔?jì)距離探測(cè)天體一般有幾百公里，對(duì)應(yīng)的激光光斑面積大到上萬(wàn)平方米，而且試驗(yàn)成本高，在機(jī)載方面的理論研究不再適應(yīng)大腳印遠(yuǎn)距離的情況，據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)尚無(wú)這方面的專門研究，國(guó)外在這方面的研究也透露甚少。所以，本仿真算法對(duì)大腳印激光脈沖回波的仿真，不僅有利于對(duì)大腳印情況下的回波波形做一些理論研究，得到先驗(yàn)知識(shí)，而且仿真得到的相應(yīng)地形對(duì)應(yīng)的脈沖回波對(duì)于糾正測(cè)高精度和反演三維地形有一定的參考價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大腳印激光脈沖回波波形的仿真算法，使輸入一定的大腳印地形，通過(guò)該算法能得出理論上經(jīng)過(guò)激光高度計(jì)測(cè)高其對(duì)應(yīng)的脈沖回波，可以用于根據(jù)不同的典型地形(如裂縫、山峰、斜坡、丘陵等)對(duì)應(yīng)的脈沖回波，建立地形-回波的相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，用于修正實(shí)際測(cè)高中測(cè)高精度的修正，和根據(jù)實(shí)際回波波形對(duì)其對(duì)應(yīng)地形定性分析等。
本發(fā)明仿真的過(guò)程為，從激光高度計(jì)發(fā)射激光到目標(biāo)地形，再經(jīng)目標(biāo)地形反射，激光回波被激光高度計(jì)接收，對(duì)于激光高度計(jì)的內(nèi)部發(fā)射結(jié)構(gòu)和接收結(jié)構(gòu)不做考慮。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下對(duì)于星載激光高度計(jì)，在探測(cè)過(guò)程中由于一次測(cè)高時(shí)間比較短，故可以近似為緩慢移動(dòng)的收發(fā)合置系統(tǒng)，同時(shí)在太空中沒(méi)有大氣衰減的情況，探測(cè)目標(biāo)為表面漫反射的大目標(biāo)，故可以得到綜合以上情況下的激光測(cè)高公式如下Pr=πfTA2D2ηtηr4r2Ps---(1)]]>其中，Pr為接收的回波功率，Ps為發(fā)射的激光功率，f為地形后向散射率，TA為大氣傳輸系數(shù)，D為高度計(jì)的接收孔徑，ηt為發(fā)射機(jī)的光學(xué)效率，ηr為接收機(jī)的光學(xué)效率，r為目標(biāo)到激光高度計(jì)的距離。
由于星載高度計(jì)采用的激光脈沖特性是在時(shí)間和空間上都是高斯分布的，即在脈沖持續(xù)時(shí)間上脈沖功率隨時(shí)間的的變化是一個(gè)高斯波形，在空間上發(fā)射激光脈沖隨光束與中心軸線的夾角成高斯分布的。那么發(fā)射激光脈沖功率與時(shí)間的關(guān)系是Ps(t)=A2πσexp(-(t-τ2)22σ2)---(2)]]>其中σ是標(biāo)準(zhǔn)方差，A為一個(gè)調(diào)整峰值大小的乘積因子，而τ為發(fā)射的激光脈沖半峰值功率脈寬。工程上選取峰值功率ps_max和半峰值功率點(diǎn)脈寬τ作為激光脈沖的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可以得到A，σ與ps_max，τ對(duì)應(yīng)關(guān)系為A=(πτps_max)2ln2,σ=τ22ln2---(3)]]>因?yàn)榧す夤馐旧泶嬖诎l(fā)散，當(dāng)激光垂直入射到地面時(shí)，會(huì)在其上面形成一個(gè)圓形的激光光斑，其半徑大小近似等于激光高度計(jì)到天底點(diǎn)的距離H和1/2束寬α的乘積。那么，激光入射到地形上，激光光斑上的每一點(diǎn)都會(huì)反射回激光回波，所以可以理解為高斯脈沖入射時(shí)被分成無(wú)數(shù)多個(gè)波形相同的高斯小脈沖，每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)入射到激光光斑上的一點(diǎn)，這些入射脈沖的能量應(yīng)該滿足高斯分布，以此來(lái)體現(xiàn)發(fā)射高斯脈沖在空間上的高斯分布特性。所以，返回的脈沖回波實(shí)際上就是這些無(wú)數(shù)個(gè)高斯脈沖經(jīng)過(guò)反射后疊加形成的。故我們可以假設(shè)天底點(diǎn)入射的高斯激光脈沖為ps0(t)，那么光斑內(nèi)任意一點(diǎn)到激光高度計(jì)的路徑與激光光軸夾角為φ的入射高斯脈沖為psxy＝ps0(t)*exp(-2tan2/α2)(4)同時(shí)，根據(jù)能量守恒，在這個(gè)激光光斑內(nèi)的這些入射高斯激光小脈沖積分起來(lái)就是入射的總激光脈沖ps(t)，所以有下式
上式即表示在激光光斑內(nèi)對(duì)各點(diǎn)入射的這些高斯小脈沖積分，因?yàn)樯婕暗侥骋稽c(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)散角，為了便于計(jì)算，采用極坐標(biāo)系的積分方式，用(ρ，θ)來(lái)表示某一點(diǎn)。
那么顯然有關(guān)系tan＝ρ/H，而這個(gè)激光光斑的半徑為H*tanα≈H*α，所以可以把(5)變換為ps(t)=∫02π∫0Htanαps0(t)*exp(-2ρ2/(H*α)2)ρdρdθ---(6)]]>經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的積分計(jì)算，結(jié)合(2)式，就可以得到天底點(diǎn)的入射高斯小脈沖為ps0(t)=2A(1-exp(-2))π3/2σH2α2exp(-(t-τ2)22σ2)---(7)]]>根據(jù)公式(1)有，瞬時(shí)的回波功率應(yīng)該滿足該方程，只是回波脈沖相對(duì)于發(fā)射脈沖來(lái)說(shuō)，有一個(gè)2r/c的時(shí)間延遲，r為激光高度計(jì)到激光光斑內(nèi)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離，所以結(jié)合(7)式，激光光斑內(nèi)任一點(diǎn)(ρ，θ)的瞬時(shí)脈沖回波應(yīng)該為 同時(shí)，假設(shè)點(diǎn)(ρ，θ)相對(duì)于天底點(diǎn)的高度差為h(ρ，θ)，令k=πfTA2D2ηtηr4*2A(1-exp(-2))π3/2σH2α2---(9)]]>
而該點(diǎn)到測(cè)高計(jì)的距離r為r=ρ2+(H-h(ρ,θ)2---(10)]]>所以(8)式又可以表示為pr=(t,ρ,θ)=k*exp(-2ρ2H2α2)*exp(-(t-τ2-2ρ2+(H-h(m,n))2c)22σ2)ρ2+(H-h(ρ,θ))2---(11)]]>那么整個(gè)激光光斑內(nèi)產(chǎn)生的脈沖回波為 因?yàn)閷?shí)際獲得的地形數(shù)據(jù)為離散的，而且上式雖然形式簡(jiǎn)單，但是積分很復(fù)雜，需要再對(duì)地形進(jìn)行建模分析，并從中找到一種近似的算法，簡(jiǎn)單地計(jì)算出激光回波波形。
在本發(fā)明中，地形建模采取方法是采用極坐標(biāo)來(lái)描述大腳印地形的情況，并且用以天底點(diǎn)為圓心的一系列半徑從 開(kāi)始，相鄰圓半徑差距為 的 個(gè)同心圓和從天底點(diǎn)出發(fā)的一系列相鄰?qiáng)A角均為π/60的射線來(lái)分割地形，那么這 個(gè)同心圓和120條相鄰?qiáng)A角相等的射線將地面分成120 個(gè)小的網(wǎng)格。
光斑地形內(nèi)任一點(diǎn)(ρ，θ)屬于網(wǎng)格(m，n)的條件是 (n-1)π60≤θ<nπ60,(n=1,2,...,120)---(13)]]>
在這120 個(gè)小網(wǎng)格中，每個(gè)網(wǎng)格的面積不一樣，靠近激光光斑邊緣的最大的網(wǎng)格面積是靠近天底點(diǎn)的最小面積的幾百倍。但是，這是合理的，因?yàn)楫?dāng)H取200000米，α取0.3mrad時(shí)，最大的網(wǎng)格面積才3m2多一點(diǎn)，在這么小的面積內(nèi)其高度變化不大，可以認(rèn)為在該網(wǎng)格內(nèi)的高度是一定的，即近似成為平面。在π(Ha)2面積內(nèi)劃分120 個(gè)網(wǎng)格，把每個(gè)網(wǎng)格近似成一個(gè)平面，用120 個(gè)點(diǎn)來(lái)代替全部點(diǎn)的高度值，根據(jù)地形變化的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，是完全可行的。當(dāng)然，本仿真算法主要考慮到衛(wèi)星對(duì)月球測(cè)高一般在200000米的情況，沒(méi)有考慮更遠(yuǎn)的測(cè)高情況，選擇了7200個(gè)網(wǎng)格來(lái)分割地形，當(dāng)距離更遠(yuǎn)時(shí)，激光光斑的面積增大，選擇7200個(gè)網(wǎng)格很可能不能足夠準(zhǔn)確的表現(xiàn)光斑內(nèi)的地形高度特征，那么只需要把其中的地形分割更密集一些，得到更多的網(wǎng)格就可以了，算法本身不需做什么改動(dòng)。
因此，由于高空探測(cè)時(shí)激光照射的面積比較大，在照射區(qū)域內(nèi)的地形地貌、植被比較復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化地面目標(biāo)模型，假設(shè)如下1、把激光光斑內(nèi)的地形分割為120 個(gè)網(wǎng)格，假設(shè)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的高度值一樣，即該網(wǎng)格為平面；2、激光光斑內(nèi)各部分地形的后向散射率是一樣的，即認(rèn)為其是一個(gè)常數(shù)，實(shí)際上不同地形的后向反射率不是一個(gè)常數(shù)，其是激光參數(shù)(頻率、極化方式、入射角)和地面參數(shù)(如濕度，粗糙度等)的復(fù)雜函數(shù)。但是相對(duì)于地球地形上分布著植被，冰川，海洋，山地等的復(fù)雜，在月球上地質(zhì)情況相對(duì)比較單一，所以這么假設(shè)是合理的。如果為了更加精確，可以加入對(duì)后向散射率的考慮。
根據(jù)(12)，結(jié)合對(duì)激光光斑地形的劃分，可以得到
其中，pr=(t,ρ,θ)=k*exp(-2ρ2H2α2)*exp(-(t-τ2-2ρ2+(H-h(m,n))2c)22σ2)ρ2+(H-h(ρ,θ))2---(14)]]>只要求出所有網(wǎng)格(m，n)內(nèi)的回波，就可以求出整個(gè)地形的激光脈沖回波波形。根據(jù)前面的假設(shè)，在這個(gè)網(wǎng)格內(nèi)選一點(diǎn)的高度值來(lái)代替整個(gè)網(wǎng)格的高度，相當(dāng)于在該網(wǎng)格中h(m，n)是一個(gè)常數(shù)，可以設(shè)定一個(gè)60×120的地形采樣高度矩陣h，矩陣中元素h(m，n)的值就是網(wǎng)格(m，n)的高度。
此外，在網(wǎng)格(m，n)中，因?yàn)榫W(wǎng)格內(nèi)高度差不大，采取的是其中滿足下述條件的一點(diǎn)(ρmn，θmn)，以它的高度值來(lái)代替整個(gè)網(wǎng)格的高度值h(m，n)。
ρmn=2m-12*Ha60]]>θmn=2n-12*π60---(15)]]>故有網(wǎng)格(m，n)產(chǎn)生的脈沖激光回波為 在網(wǎng)格(m，n)中，因?yàn)棣?＜＜(H-h(m，n))2，故為了簡(jiǎn)化積分，可把積分號(hào)里面的exp(-(t-τ2-2ρ2+(H-h(m,n))2c)22σ2)ρ2+(H-h(m,n))2]]>項(xiàng)中的(ρ，θ)直接用點(diǎn)(ρmn，θmn)來(lái)代替，這樣的誤差很小，所以結(jié)合(14)和(16)有 經(jīng)過(guò)積分就有 exp(-(t-τ2-2(2m-12*Ha60)2+(H-h(m,n))2c)22σ2)(2m-12*Ha60)2+(H-h(m,n))2---(18)]]>這樣就可以把網(wǎng)格(m，n)的回波脈沖表示出來(lái)了，在利用(14)式就能夠求出整個(gè)激光光斑內(nèi)的脈沖回波。
所以，本發(fā)明所介紹的大腳印激光脈沖回波波形仿真算法主要思路如下結(jié)合星載激光高度計(jì)測(cè)高的具體條件，得到緩慢移動(dòng)的收發(fā)合置測(cè)高系統(tǒng)對(duì)太空中沒(méi)有大氣衰減影響的漫反射大目標(biāo)測(cè)高情況下的激光測(cè)高理論公式；結(jié)合激光高度計(jì)采用的時(shí)間和空間上呈高斯分布的激光的特點(diǎn)，假設(shè)激光脈沖有無(wú)數(shù)多個(gè)小脈沖組成而得到激光脈沖回波波形積分公式；結(jié)合大腳印地形的特點(diǎn)，對(duì)地形采用相應(yīng)方法建模，得到易于編程實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單測(cè)高公式。
由以上介紹的仿真算法可知，本發(fā)明思路清晰，易于計(jì)算和編程實(shí)現(xiàn)，提出了目前在星載激光測(cè)高中大腳印激光脈沖回波波形的一種可實(shí)現(xiàn)仿真算法，對(duì)于實(shí)際大腳印激光測(cè)高的精度分析和反演地形有一定的借鑒意義。


圖1為大腳印激光脈沖回波波形仿真流程圖；圖2為大腳印地形分割示意圖；圖3為大腳印為平地的回波波形；圖4為大腳印為斜坡(斜率為0.20)的回波波形；圖5為大腳印為四周平地中間有凸起的回波波形；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1-5介紹本仿真算法的一個(gè)實(shí)施例。
參考中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所制作的嫦娥一號(hào)探月衛(wèi)星激光高度計(jì)的基本參數(shù)，選取高度計(jì)距離天底點(diǎn)的高度H＝200km，激光1/2束寬為0.3mrad，峰值功率為50mw，半峰值功率脈寬7ns，因?yàn)樵谠虑虮砻娌淮嬖诖髿?，故大氣傳輸參?shù)TA＝1。在不影響實(shí)驗(yàn)效果的情況下，其它參數(shù)一律取1。采用matlab軟件編程實(shí)現(xiàn)該算法，本實(shí)施例的仿真流程如圖1所示。
1、地形數(shù)據(jù)采樣本實(shí)施例對(duì)應(yīng)大腳印為一個(gè)半徑為60m的圓，其分割算法如圖1所示。對(duì)于分割的地形網(wǎng)格(m，n)，選取點(diǎn)(ρmn，θmn)的高度代替整個(gè)網(wǎng)格，它并不一定恰好就存在于高程數(shù)據(jù)矩陣DEM所表示的地形離散點(diǎn)集中，所以還需要一個(gè)近似的過(guò)程，取該采樣點(diǎn)(ρmn，θmn)距離高程數(shù)據(jù)矩陣DEM所表示地形中最近的那點(diǎn)高度DEM(i，J)作為網(wǎng)格(m，n)的高度h(m，n)，因?yàn)檫@兩點(diǎn)的距離很近，200000米最大的距離也才幾厘米，所以高度變化不可能太大，這種近似也是合理的。
本仿真實(shí)施例中限定高程數(shù)據(jù)矩陣大小DEM ，而地形分割后所得到的地形網(wǎng)格(m，n)的高度存儲(chǔ)在采樣矩陣h[60][120]中，由DEM 得到h[60][120]的方法簡(jiǎn)單敘述如下對(duì)于地形數(shù)據(jù)矩陣DEM ，取點(diǎn)(500，500)，(500，501)，(501，500)和(501，501)四點(diǎn)組成的小正方形中心點(diǎn)為天底點(diǎn)，這就是該高程圖所描述的地形中心點(diǎn)。同時(shí)取該高程圖像對(duì)應(yīng)實(shí)際地形的大小為2Hα×2Hα，故圖像的分辨率為2Hα/999，即相鄰點(diǎn)最近距離Δh為2Hα/999。計(jì)算的脈沖回波對(duì)應(yīng)的地形也不是高程數(shù)據(jù)矩陣對(duì)應(yīng)的完整地形。而是這個(gè)正方形地形的內(nèi)切圓，半徑顯然為Hα。
以天底點(diǎn)為圓心建立的直角坐標(biāo)系，對(duì)于網(wǎng)格(m，n)中采樣點(diǎn)(ρmn，θmn)，有xmn＝ρmncosθmn，ymn＝ρmnsinθmn因?yàn)?xmn，ymn)一般不能直接對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系中的某點(diǎn)整數(shù)，所以不能直接取到高程圖中某一點(diǎn)高度作為采樣矩陣h(m，n)的值。故先求出(xmn，ymn)與DEM 所表示地形中最接近的離散點(diǎn)，就近似取那點(diǎn)的高程值。運(yùn)用簡(jiǎn)單的坐標(biāo)變換公式，可以找到這兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下h(m，n)＝DEM(500-i，501+j)；其中
這樣就完成了對(duì)地形數(shù)據(jù)的采樣，得到了地形采樣矩陣h[60][120]。
2、回波數(shù)據(jù)產(chǎn)生根據(jù)公式(18)，可以得出任一網(wǎng)格(m，n)的脈沖回波功率，但是，在編程實(shí)現(xiàn)中，無(wú)法表示連續(xù)時(shí)間，所以只能用等間隔的離散點(diǎn)表示，而且，為了減少數(shù)據(jù)量和提高仿真算法運(yùn)算效率，在激光脈沖發(fā)送到大腳印，大腳印上最高點(diǎn)最早反射脈沖回波回激光高度計(jì)之前這段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有脈沖回波返回，所以返回功率為0，故可以不用計(jì)算。所以，回波數(shù)據(jù)產(chǎn)生算法簡(jiǎn)單敘述如下a.從h[60][120]中找出高度最大和最小的網(wǎng)格，分別記為h(i_max，J_max)、h(i_min，J_min)；b.計(jì)算h(i_max，j_max)和h(i_min，j_min)對(duì)應(yīng)激光小脈沖從發(fā)射返回到激光高度計(jì)的時(shí)間延遲，記為t_min，t_max；c.確定計(jì)算脈沖回波的時(shí)間采樣區(qū)間為[t_min-τ，t_max+τ]，τ為激光脈沖的半峰值功率脈寬，確定采樣間隔為0.01ns，這時(shí)測(cè)高分辨率為1.5mm；d.運(yùn)用(18)式計(jì)算網(wǎng)格(m，n)在不同時(shí)間采樣點(diǎn)下對(duì)應(yīng)的回波數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)(14)式把整個(gè)大腳印中的網(wǎng)格回波數(shù)據(jù)疊加起來(lái)，即得到整個(gè)脈沖回波的數(shù)據(jù)。
3、回波數(shù)據(jù)的處理和顯示根據(jù)上面得到的回波數(shù)據(jù)，為了后期激光測(cè)高精度分析等應(yīng)用的方便，計(jì)算出理論上天底點(diǎn)在波形中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)和工程應(yīng)用中采用半功率點(diǎn)測(cè)高方法得出的高度值，顯示對(duì)應(yīng)的回波波形并用綠色小三角形標(biāo)出天底點(diǎn)在回波波形對(duì)應(yīng)的位置和紅色圓點(diǎn)標(biāo)出回波的半功率點(diǎn)。具體結(jié)果如圖3顯示了一平地的回波波形，圖4顯示了一斜率為0.20的斜坡對(duì)應(yīng)的回波波形，圖5顯示了一中間有凸起的地形的回波。
這樣，就完成了大腳印激光脈沖回波波形的仿真，從結(jié)果我們可以看到，不同地形的回波波形有顯著的不同，這對(duì)于實(shí)際測(cè)高中分析大腳印地形的類型和改善測(cè)高的精度有很好的借鑒作用。
權(quán)利要求
1.一種大腳印激光脈沖回波波形的仿真算法，其主要步驟為1)結(jié)合星載收發(fā)合置的激光高度計(jì)在基本無(wú)大氣衰減的外太空中對(duì)表面漫反射的大目標(biāo)一次測(cè)高過(guò)程中由于時(shí)間很短可近似為靜止的特點(diǎn)，總結(jié)推導(dǎo)出其理論測(cè)高公式為Pr=πfTA2D2ηlηr4r2P,]]>其中，Pr為接收的回波功率，Ps為發(fā)射的激光功率，f為地形后向散射率，TA為大氣傳輸系數(shù)，D為高度計(jì)的接收孔徑，ηt為發(fā)射機(jī)的光學(xué)效率，ηr為接收機(jī)的光學(xué)效率，r為目標(biāo)到激光高度計(jì)的距離；2)考慮到測(cè)高激光在時(shí)間和空間上的高斯特性，把發(fā)射的激光脈沖分解為無(wú)數(shù)多個(gè)小的入射到大腳印上各點(diǎn)的高斯脈沖，經(jīng)大腳印對(duì)應(yīng)點(diǎn)發(fā)射后被激光高度計(jì)接收，得到對(duì)應(yīng)大腳印上激光脈沖回波功率的積分公式為 其中， ps0(t)=2A(1-exp(-2))π3/2σH2α2exp(-(t-τ2)22σ2),]]>A=(πτps_max)2ln2,]]>σ=τ22ln2]]>與1)中公式相同的參數(shù)如無(wú)重復(fù)說(shuō)明其物理意義與1)中一樣，ps_max為激光峰值功率，τ為激光半峰值功率脈寬，α為激光1/2束寬，H為激光高度計(jì)到天底點(diǎn)的距離，r為大腳印中一點(diǎn)到激光高度計(jì)的距離；3)結(jié)合大腳印地形的特點(diǎn)，進(jìn)行一定的地形分割，得到激光脈沖回波功率的簡(jiǎn)單公式 exp(-(t-τ2-2(2m-12*Ha60)2+(H-h(m,n))2c)22σ2)(2m-12*Ha60)2+(H-h(m,n))2]]>其中，k=πfTA2D2ηlηr4*2A(1-exp(-2))π3/2σH2α2]]>(m，n)為地形分割中網(wǎng)格的序數(shù)，h(m，n)為網(wǎng)格(m，n)的高度值，經(jīng)過(guò)計(jì)算即得到大腳印激光脈沖回波的波形。
全文摘要
一種大腳印激光脈沖回波波形仿真算法，包括步驟1.結(jié)合星載激光高度計(jì)測(cè)高相關(guān)參數(shù)，推導(dǎo)出激光測(cè)高理論公式；2.考慮測(cè)高激光的時(shí)間和空間高斯特性，把發(fā)射激光脈沖分解為無(wú)數(shù)多個(gè)入射到大腳印上各點(diǎn)的高斯脈沖，經(jīng)大腳印對(duì)應(yīng)點(diǎn)發(fā)射后被激光高度計(jì)接收，得到對(duì)應(yīng)激光脈沖回波功率的積分公式；3.結(jié)合大腳印地形特點(diǎn)，進(jìn)行地形分割，得到激光脈沖回波功率的簡(jiǎn)單公式，編程實(shí)現(xiàn)得到大腳印激光脈沖回波的波形。本發(fā)明不僅可用于對(duì)太空衛(wèi)星測(cè)高的理論進(jìn)行仿真分析，為實(shí)際測(cè)高提供先驗(yàn)性的參考，而且仿真得到的輸入地形脈沖回波對(duì)于糾正測(cè)高精度和反演三維地形有一定的參考價(jià)值。
文檔編號(hào)G01S17/00GK1959431SQ200610118739
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者王建宇, 陳偉, 馬艷華, 舒嶸 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所, 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)