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星载激光测距在定位、导航、测绘领域中得到了广泛的应用。大气传输效应是影响测距精度的重要因素,研究星载激光测距的大气传输影响机理及其校正方法具有重要的学术意义和应用价值。本文从三个方面(即密度分布不均匀的大气折射延迟、“离散”粒子散射延迟和“连续”的湍流大气随机起伏延迟)对大气传输对测距精度的影响及其校正方法进行了系统研究,所得主要成果如下:
1.详细分析了目前常用的大气折射延迟校正模型以及光线追迹法的计算精度,提出了以月均探空气象数据拟合的折射率高度廓线模型为基础的光线追迹大气折射延迟校正方案,并通过已往实验结果验证了方案的可行,给出了典型情况下中国典型地区的星载激光测距程差的地理分布特征,从时空两个方面对激光测距程差分布与经纬度、海拔高度、年、月的关系进行了探讨性分析。
2.以双频互相关函数和时间矩为基础,推导了脉冲光在随机介质传播后的平均到达时间和均方脉冲展宽计算公式,提出了星载激光测距下的气溶胶粒子散射延迟造成的激光测距程差计算方法。利用OPAC(OpticalProperties of Aerosolsand Clouds)水云和气溶胶模式,计算了粒子散射延迟造成的激光测距程差,发现云粒子造成的激光测距程差较大,通常为米级左右,气溶胶粒子造成的激光测距程差在厘米级左右,并随着粒子模式半径的增大而减小。
3.详细分析了10种折射率结构常数的廓线模式下湍流大气中的光束扩展、光束漂移及光程差起伏方差,结果表明湍流大气对光束扩展影响较小,对光束漂移有较大的影响,通常在几米左右,而光程差起伏方差与湍流外尺度廓线分布和卫星高度角有关,通常在几十个毫米左右。利用双频互相关函数和时间矩理论,建立了脉冲光在湍流介质传播后的平均光程差计算公式,发现湍流起伏延迟造成的平均的激光测距程差约为几十个毫米。