高重频激光测距数据处理方法-上海天文台.pdfVIP

　　中　国　科　学　院　上　海　天　文　台　年　刊 ２００６年　总第２７期 　 ＡＮＮＡＬＳＯＦＳＨＡＮＧＨＡＩＯＢＳＥＲＶＡＴＯＲＹ ＡＣＡＤＥＭＩＡ ＳＩＮＩＣＡ 　Ｎｏ．２７，　２００６ 高重频激光测距数据处理方法 １，２ １ １ 孙宝三 　张忠萍 　杨福民 （１．中国科学院上海天文台，上海２０００３０；　２．中国科学院研究生院，北京１０００４９） 提　　　要 该文探讨了高重频激光测距工作中的数据处理问题。该数据处理采用了屏幕显示以及数学分 析方法，以剔除卫星激光测距数据中的观测异常值，提取有效的数据点，并最终生成标准点数据。 通过对奥地利ＧＲＡＺ激光测距站高重频数据资料的处理表明，该数据处理方法是有效的。 主题词：卫星激光测距 — 高重频 — 屏幕处理 — 多项式拟合 分类号：Ｐ２２８．５，Ｏ２４１ １　引　　言 在卫星激光测距特别是白天测距中，由于天空以及观测仪器内部光电接收器件有很大的 背景热噪声，使得观测结果出现许多异常值。这就需要在数据处理的过程中应用专门的算法 和程序对观测数据进行分析处理，剔除野值，并最终生成能代表所有数据点信息的标准点数 据，以供应用研究［１，２］。 ［３］ 近年来，国际上提出了一种新的激光测距技术———高重频激光测距 。该技术的测距频 率达上千Ｈｚ，大大增加了回波点数据量，提高了标准点精度。高重频激光测距技术是现有激 光测距技术的创新发展，具有相当的优势，是未来激光测距的发展方向。 ［３］ 目前，上海天文台正在开展高重频激光测距的研究 。高重频激光测距要求具有上千Ｈｚ 频率和低能量的激光脉冲，在获得大量数据回波的同时也给观测数据带来了比常规观测更大 量的噪声，从而也带来了测距数据资料处理的困难。为解决这个问题，我们在上海天文台原有 ［２］ 测距资料处理程序 的基础上开发并实现了可处理百万个数据点的程序。该方法采取在屏 幕上显示数据的方法，可以直接从中辨别噪声和真实数据值，对数据进行选择，并实施剔除、拟 合等操作。 ２　程序设计方法 我们开发的程序是在ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ下应用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ提供的ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０语言编写，利 ［１］ 用了它强大的界面编程功能和图形显示功能，并在程序中采用了多项式拟合 、ＬＵ分解法解 ［４］ 方程组 等算法来实现对数据的有效处理。 收稿日期：２００６０８３０；　修回日期：２００６０９０４ １３０ 中 国科 学 院上 海 天 文 台年 刊　　　　　　　　　　　　　２００６年 ２．１数据点信息读取 高重频激光测距采用ｋＨｚ量级的激光频率，使得回波数据量巨大。以卫星Ｌａｇｅｏｓ４０ｍｉｎ 弧长和２ｋＨｚ激光频率为例，可粗略估算数据点数为４０×６０×２０００Ｈｚ＝４８０００００个。 本程序所采用的开发语言ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０具有良好的文件读写能力，程序中可以根据读 入数据文件的大小，用定义数组的方式临时分配特定的空间。这一功能可以节省计算机内存， 缩短计算机工作时间，防止数据溢出，对于大数据文件的读取、显示具有重要的意义。而正是 因为ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０的这种功能，比以往在Ｄｏｓ环境下开发的程序有非常大的容量扩展，从 而可以处理大容量的数据。 在高重频卫星激光测距过程中产生的数据点包含有丰富的信息，其中有：激光回波时间 ｔ、卫星距离Ｒａｎ、卫星速度Ｒａｔｅ、高度角Ｈ 、方位角Ａ以及卫星距离观测值 （ｔ）和计算 ρ ｉ ｉ ｉ ｉ ｉ