17、卫星激光高度计测距误差与互联网服务效用分析

卫星激光高度计测距误差与互联网服务效用分析

卫星激光高度计测距误差研究

1. 引言

卫星激光高度计（SLA）是通过测量激光脉冲的飞行时间（TOF）来获取其与目标表面距离，从而进行地形测绘的重要技术。对于记录波形的 SLA，TOF 通常通过计算波形的时间质心来确定，质心的方差直接与测距误差相关，因此分析接收到的激光脉冲波形具有重要意义。

在激光脉冲的传输和光电转换过程中，会有多种噪声加入到信号中，使波形成为信号和噪声的总和，其质心不仅取决于信号的时间分布，还取决于噪声的统计规律。此前的研究虽建立了记录波形质心的表达式，但未考虑某些探测器噪声。本文详细阐述了 SLA 测量过程中噪声的类型和表达式，基于信号及其质心方差的规则，建立了估计噪声对测距误差影响的修正表达式，为消除噪声的负面影响提供系统参数选择方法。

2. 噪声类型及其数学表达式

SLA 的信号模型中，光信号脉冲经过大气传输和目标反射后进入接收望远镜，再经过探测器的光电转换和量化器的 A/D 转换，可记录检测到的信号波形。在信号形成过程中，噪声会污染信号并影响计算脉冲的质心精度。
- 光子噪声 ：在雪崩光电二极管（APD）增益信号期间产生，与信号幅度 $N$ 和过剩噪声因子 $F$ 有关。$N$ 的表达式为：
[
N = \frac{\eta_d A_r T_a T_r Q \cos\Phi}{h\nu R^2 \pi}
]
其中，$\eta_d$ 是探测器量子效率，$h\nu$ 是光子能量（J），$A_r$ 是接收器孔径面积（$m^2$），$\beta$ 是目标表面反射率，$T_a$ 是单程