单光子激光雷达水下光子位移校正、测深方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种单光子激光雷达水下光子位移校正、测深方法及装置，涉及海洋测绘技术领域，包括：获取单光子激光雷达发射光子的指向角、单光子激光雷达发射光子返回的水面光子信号和水底光子信号的坐标；根据水面光子信号进行海浪波拟合，确定海浪波模型；根据任意一个水底光子的坐标、指向角和海浪波模型，确定光子与水气界面的交点；根据交点、海浪波模型和指向角确定光子的水下位移误差；根据水下位移误差对水底光子信号的坐标进行校正。本发明专利技术通过水面光子信号进行海浪波建模，并确定光子与水气界面交点。通过光子传播路径的空间结构关系确定水下光子位移误差。本发明专利技术有效避免海浪波引起的折射和光子速度变化导致的位移，提高数据准确性。

【技术实现步骤摘要】
单光子激光雷达水下光子位移校正、测深方法及装置
本专利技术涉及海洋测绘
，具体而言，涉及一种单光子激光雷达水下光子位移校正、测深方法及装置。
技术介绍
随着海洋测绘技术的发展，激光雷达测深技术作为激光雷达重要的一个分支，近几年来也得到了快速发展。并在浅水海域测量、河道水深测量以及水下地形地貌测绘等领域发挥了重要的作用。单光子激光雷达是近年来发展出来的新型激光探测技术，相比传统的全波形激光雷达，单光子激光雷达具有更高的脉冲发射重复频率，并采用极高灵敏高的接受器件，可以探测接受数百甚至数千光子的回波包络幅值探测转化为对单个光子的探测，因此具有距离远、高重频、高效率、轻量化等优势，同时克服了传统激光器体积大、质量大、可靠性低以及脉冲能量和重复频率之间的矛盾等问题。现有技术中基于单光子激光雷达进行测量时，会获取大量离散形式的光子，其中噪声光子和光子信号不再满足传统的高信噪，因此基于这种测量技术的数据处理方法与传统的激光雷达也截然不同。使用单光子激光雷达进行水下地形和水深测量的过程中，当光子经过大气射到水面，并穿透水气界面进入水中时，水体会对光子产生折射效应，以及导致光子的传输速度下降。这两种因素的影响将引起水下地形和水深测量结果产生一定的偏差，降低每个光子的定位和测量精度。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，为达上述目的，本专利技术第一方面的实施例提供了一种单光子激光雷达水下光子位移校正方法，其包括：获取单光子激光雷达发射光子的指向角、所述单光子激光雷达发射光子返回的水面光子信号和水底光子信号的坐标；根据所述水面光子信号进行海浪波拟合，确定海浪波模型；根据任意一个水底光子的坐标、所述指向角和所述海浪波模型，确定所述光子与水气界面的交点；根据所述交点、所述海浪波模型和所述指向角确定所述光子的水下位移误差；根据所述水下位移误差对所述水底光子信号的坐标进行校正。进一步地，所述根据任意一个水底光子的坐标、所述指向角和所述海浪波模型，确定所述光子与水气界面的交点包括：根据所述坐标与所述指向角，构建一条空间直线；确定所述空间直线与所述海浪波模型的交点为所述光子与水气界面的交点。进一步地，所述根据所述交点、所述海浪波模型和所述指向角确定所述光子的水下位移误差包括：根据所述交点和所述海浪波模型，确定所述光子在沿轨方向上的海浪面斜率；根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述水下位移误差。进一步地，所述根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述水下位移误差包括：根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述光子的入射角和折射角；根据所述折射角、所述海浪面斜率和所述指向角确定所述水下位移误差。进一步地，所述根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述光子的入射角和折射角包括：根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述入射角；基于snell定律根据所述入射角确定所述折射角。进一步地，所述根据所述折射角、所述海浪面斜率和所述指向角确定所述水下位移误差包括：确定所述单光子激光雷达发射光子的原始入射光子路径与水体折射后的光子路径；根据所述原始入射光子路径、所述水体折射后的光子路径、所述折射角、所述海浪面斜率和所述指向角的空间结构关系确定所述水下位移误差。进一步地，所述确定原始入射光子路径与水体折射后的光子路径包括：根据所述水底光子的坐标和所述交点的坐标确定所述原始入射光子路径；基于折射公式根据所述原始入射光子路径确定所述水体折射后的光子路径。为达上述目的，本专利技术第二方面的实施例还提供了一种水单光子激光雷达水下光子位移校正装置，其包括：获取模块，用于获取单光子激光雷达发射光子的指向角、所述单光子激光雷达发射光子返回的水面光子信号和水底光子信号的坐标；处理模块，用于根据所述水面光子信号进行海浪波拟合，确定海浪波模型；还用于根据任意一个水底光子的坐标、所述指向角和所述海浪波模型，确定所述光子与水气界面的交点；还用于根据所述交点、所述海浪波模型和所述指向角确定所述光子的水下位移误差；校正模块，用于所述水下位移误差对所述水底光子信号的坐标进行校正。使用本专利技术的单光子激光雷达水下光子位移校正方法或装置，通过滤波算法对水面和水底光子进行高精度识别、分离和提取，并利用提取的水面光子信号进行海浪波建模。利用水底光子信号的空间坐标和光子发射指向角构建空间直线，并计算获取光子与水气界面交点，以及该交点处的海浪面斜率。最后基于光子与水气界面交点的空间坐标、海浪面斜率和指向角，通过水体折射和光子水下传播路径的空间结构关系，确定水下光子的点位偏移和深度误差，并进行校正。本专利技术可以有效地对二维和三维结构的光子数据进行校正，避免瞬时海浪波引起的水体折射和水体光子速度变化导致的点位和测深偏移误差问题，提高数据的准确性。为达上述目的，本专利技术第三方面的实施例提供了一种单光子激光雷达测深方法，其包括：获取水底光子信号的坐标；采用如上所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法对所述水底光子信号的坐标进行校正；根据经校正的水底光子信号的坐标确定待测区域深度。为达上述目的，本专利技术第四方面的实施例提供了一种单光子激光雷达测深装置，其包括：信号获取模块，用于获取水底光子信号；信号处理模块，用于采用如上所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法对所述水底光子信号的坐标进行校正；测深模块，用于根据经校正的水底光子信号的坐标确定待测区域深度。使用本专利技术的单光子激光雷达测深方法或装置，通过基于上述单光子激光雷达水下光子位移校正方法对获取的水底光子坐标进行校正，可提高水底光子坐标的准确性，从而有效提高对待测区域深度测量的准确度。为达上述目的，本专利技术第五方面的实施例提供了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现根据本专利技术第一方面所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法或实现根据本专利技术第三方面所述的单光子激光雷达测深方法。为达上述目的，本专利技术第六方面的实施例提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现根据本专利技术第一方面所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法或实现根据本专利技术第三方面所述的单光子激光雷达测深方法。根据本专利技术的非临时性计算机可读存储介质和计算设备，具有与根据本专利技术第一方面的单光子激光雷达水下光子位移校正方法或与根据本专利技术第三方面的单光子激光雷达测深方法具有类似的有益效果，在此不再赘述。附图说明图1为单光子激光雷达测深的原理示意图；图2为根据本专利技术实施例的单光子激光雷达水下光子位移校正方法的流程示意图；图3为根据本专利技术实施例的获取的水面光子信号和水底光子信号的示意图；图4为根据本专利技术实施例的确定光子与水气界面的交点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单光子激光雷达水下光子位移校正方法，其特征在于，包括：/n获取单光子激光雷达发射光子的指向角、所述单光子激光雷达发射光子返回的水面光子信号和水底光子信号的坐标；/n根据所述水面光子信号进行海浪波拟合，确定海浪波模型；/n根据任意一个水底光子的坐标、所述指向角和所述海浪波模型，确定所述光子与水气界面的交点；/n根据所述交点、所述海浪波模型和所述指向角确定所述光子的水下位移误差；/n根据所述水下位移误差对所述水底光子信号的坐标进行校正。/n

【技术特征摘要】
1.一种单光子激光雷达水下光子位移校正方法，其特征在于，包括：
获取单光子激光雷达发射光子的指向角、所述单光子激光雷达发射光子返回的水面光子信号和水底光子信号的坐标；
根据所述水面光子信号进行海浪波拟合，确定海浪波模型；
根据任意一个水底光子的坐标、所述指向角和所述海浪波模型，确定所述光子与水气界面的交点；
根据所述交点、所述海浪波模型和所述指向角确定所述光子的水下位移误差；
根据所述水下位移误差对所述水底光子信号的坐标进行校正。


2.根据权利要求1所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法，其特征在于，所述根据任意一个水底光子的坐标、所述指向角和所述海浪波模型，确定所述光子与水气界面的交点包括：
根据所述坐标与所述指向角，构建一条空间直线；
确定所述空间直线与所述海浪波模型的交点为所述光子与水气界面的交点。


3.根据权利要求1所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法，其特征在于，所述根据所述交点、所述海浪波模型和所述指向角确定所述光子的水下位移误差包括：
根据所述交点和所述海浪波模型，确定所述光子在沿轨方向上的海浪面斜率；
根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述水下位移误差。


4.根据权利要求3所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法，其特征在于，所述根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述水下位移误差包括：
根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述光子的入射角和折射角；
根据所述折射角、所述海浪面斜率和所述指向角确定所述水下位移误差。


5.根据权利要求4所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法，其特征在于，所述根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述光子的入射角和折射角包括：
根据所述海浪面斜率和所述指向角确定所述入射角；
基于snell定律根据所述入射角确定所述折射角。


6.根据权利要求4所述的单光子激光雷达水下光子位移校正方法，其特征在于，所述根据所述折射角、所述海浪面斜率和所述指向角确定所述水下位移误差包括：
确定所述单光子激光雷达发射光子的原始入射光子路径与水体折射后的光子路径；
根据所述原始入射光子路径、所述水体折射后的光子路径、所述折射角、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌一夫，乐源，陈刚，陈伟涛，董玉森，王力哲，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42