CN106199562B - 基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，根据所述海面回波脉冲生成三维海面数据，建立以激光雷达发射点M为原点的空间直角坐标系，计算出海面入射点在所述空间直角坐标系中的坐标；通过建立以海面入射点为坐标原点的三维海面坐标系，并计算出激光入射到海水中的入射角α和折射角β，进而可以根据入射角α、折射角β以及折射光线的入射距离L’计算出海底深度h，根据海平面高度△h校正所述海底深度h，得出海底深度校正值h¹，由此便可形成海底地形数据。本发明的海面误差校正方法可以有效校正因海面波浪起伏所引起的误差，解决了传统机载激光雷达测量海底地形精度差的问题，实现了海底地形的精确测量。

Description

基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法

技术领域

本发明属于海洋地形检测技术领域，具体地说，是涉及一种利用机载激光雷达系统对海洋的海底地形进行测量的方法。

背景技术

机载激光雷达是一种激光探测及测距系统，它利用飞机携带激光发射器向被测目标发射激光脉冲，并利用激光扫描仪接收返回的脉冲，由此获取被测目标的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息。目前，机载激光雷达系统已被广泛应用在海底地形、地貌的测绘、航道探测、水下目标搜索等任务中。

在利用机载激光雷达系统测量海底地形的过程中，海面误差校正技术是提高测量精度的关键技术之一，它关系到海底地形测量中海底深度的测量精度和海底目标点的位置精度。现有的校正方法主要有两种：一种是利用GPS测量数据对检测结果进行校准，该方法是建立在GPS测量精度很高的前提下的，并且不考虑海面的波浪起伏对测量结果产生的影响；另一种是海浪潮汐修正法，是根据预报的水位和潮位数，对海面高度进行校正。

由于利用激光脉冲对海水进行照射时，激光的入射平面与海平面会产生一个夹角，即海面入射角，这个入射角会随着海面的波浪起伏发生变化，从而带入一定的误差(位置误差和深度误差)，并且这个误差会随着海浪起伏的增大而变大，从而对测量结果产生影响。现有的上述两种校正方法由于都没有将激光脉冲相对于海平面的入射角考虑进去，因此必然会把海面入射角所产生的误差带入测量结果，从而影响海底地形的测量精度，导致测量出的海底地形与真实情况产生严重的偏差。

发明内容

本发明为了解决现有基于机载激光雷达系统设计的海底地形测量技术所存在的测量结果精确度差的问题，提出了一种海面误差校正方法，同样利用机载激光雷达系统对海底地形进行测量，通过对海面入射角引入的误差进行校正，从而有效克服了海面波浪起伏对测量结果产生的影响，实现了海底地形的高精度测量。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，包括：利用机载激光发射器发射激光脉冲，照射目标海域；利用激光雷达扫描系统采集激光脉冲入射到海面形成的海面回波脉冲和入射到海底形成的海底回波脉冲；根据所述海面回波脉冲生成三维海面数据，在所述三维海面数据中包含有回波脉冲点的经纬度坐标以及激光雷达发射点M距离海平面的高度H；选择海面回波脉冲中的每一个回波脉冲点作为海面入射点o，以所述激光雷达发射点M为坐标原点、飞机的飞行方向为X轴建立空间直角坐标系，计算所述海面入射点o在所述空间直角坐标系中的坐标(X,Y,Z)；确定所述海面入射点o所在海平面的切面以及所述切面的法线，建立起以所述海面入射点o为坐标原点、以所述海平面的切面为XOY面的三维海面坐标系；在所述三维海面坐标系中，计算所述海面入射点o所对应的激光脉冲入射到海水中所形成的入射角α和折射角β；在所述空间直角坐标系中，根据所述入射角α、折射角β、折射光线的入射距离L’以及所述海面入射点o的坐标(X,Y,Z)计算海底反射点N的坐标(X¹，Y¹，Z¹)以及海底深度h；根据海平面高度△h校正所述海底深度h，得出海底深度校正值h¹，形成海底地形数据。

为了方便地获得所述的海面回波脉冲和海底回波脉冲，本发明设计所述机载激光发射器同时发射1064nm和532nm两种波长的激光脉冲，分别照射目标海域；所述激光雷达扫描系统采集1064nm波长的激光回波脉冲，形成所述的海面回波脉冲；采集532nm波长的激光回波脉冲，形成所述的海底回波脉冲。

优选的，所述海面入射点o在所述空间直角坐标系中的坐标(X,Y,Z)优选采用以下公式计算生成：

X＝Lsinγcosδ

Y＝Lsinγsinδ

Z＝Lcosγ；

其中，L是激光雷达发射点M到海面入射点o之间的距离；γ是天顶角；δ是所述海面入射点o所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角。

作为所述三维海面坐标系的一种优选构建方式，以所述海面入射点o为交点，形成x线和y线；其中，x线与飞机的飞行方向平行，且由飞机飞行方向上的相邻海面回波脉冲点的连线形成；y线是与x线不同方位且由在该方位上的相邻海面回波脉冲点的连线形成；选取x线上包括所述海面入射点o在内的连续的n个脉冲点，分别记为x1、x2、x3、x4、x5、……、xo、……、xn-4、xn-3、xn-2、xn-1、xn，所述n个脉冲点的坐标为：

X_xi＝L_xisinγcosδ_xi+vt_xi

Y_xi＝L_xisinγsinδ_xi

Z_xi＝L_xicosγ；

其中，L_xi是第i个脉冲点xi所对应的激光雷达发射光入射到海面的入射距离；δ_xi是第i个脉冲点xi所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角；v是飞机的飞行速度；t_xi是第i个脉冲点xi与海面入射点o之间的飞机飞行的时间差，且t_xo＝0；选取y线上包括所述海面入射点o在内的连续的m个脉冲点，分别记为y1、y2、y3、y4、y5、……、yo、……、ym-4、ym-3、ym-2、ym-1、ym，所述m个脉冲点的坐标为：

X_yj＝L_yjsinγcosδ_yj+vt_yj

Y_yj＝L_yjsinγsinδ_yj

Z_yj＝L_yjcosγ；

其中，L_yj是第j个脉冲点yj所对应的激光雷达发射光入射到海面的入射距离；δ_yj是第j个脉冲点yj所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角；t_yj是第j个脉冲点yj与海面入射点o之间的飞机飞行的时间差，且t_yo＝0；利用x线上的所述n个脉冲点的坐标采用最小二乘法进行拟合，形成ox曲线；利用y线上的所述m个脉冲点的坐标采用最小二乘法进行拟合，形成oy曲线；根据所述ox曲线和oy曲线分别求出两条曲线在入射点o的切线，形成以海面入射点o为坐标原点O的三维海面坐标系的OX轴和OY轴；将OX轴和OY轴所形成的XOY面的法线作为Z轴，形成所述的三维海面坐标系。

作为所述入射角α的一种优选获取方式，设定所述入射角α为激光脉冲与所述Z轴的夹角，采用夹角公式cosα＝a·b/|a|·|b|计算生成；其中，a是所述L在所述三维海面坐标系中的单位向量，b是所述三维海面坐标系的坐标轴Z在所述三维海面坐标系中的单位向量。

作为所述折射角β的一种优选获取方式，所述折射角β采用折射率公式计算生成；其中，η₀为空气的折射率，η₁为海水的折射率。

优选的，所述海底反射点N在所述空间直角坐标系中的坐标(X¹，Y¹，Z¹)优选根据以下公式计算生成：

X¹＝X+L’sin(β+γ-α)cosδ

Y¹＝Y+L’sin(β+γ-α)sinδ

Z¹＝Z+L’cos(β+γ-α)。

由此，即可计算出海底深度h＝Z¹-Z＝L’cos(β+γ-α)。

优选的，所述海平面高度△h优选根据飞机上的GPS系统检测到的飞行高度H’结合所述三维海面数据中的高度H计算而成。

为了提高所述海平面高度△h的准确性，优选根据所述三维海面数据中的每一个脉冲点所对应的GPS定位的飞行高度H’和所述三维海面数据中记录的高度H，分别求解出相应的海平面高度△h1、△h2、△h3……△hp，p为所述海面回波脉冲的个数；求取△h1、△h2、△h3……△hp的平均值，作为最终的海平面高度△h。

进一步的，根据所述最终的海平面高度△h校正所述海底深度h，得到所述海底深度校正值h¹＝h-△h。

优选的，在得到所述海底深度校正值h¹后，优选执行以下过程形成所述的海底地形数据，即：根据所述海底反射点N的坐标X¹和Y¹结合GPS定位数据换算成经纬度坐标x¹、y¹，生成海底反射点N的三维空间坐标(x¹，y¹，h¹)；针对激光脉冲在海底形成的每一个海底反射点，分别生成三维空间坐标，以形成最终的海底地形数据。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明基于机载激光雷达系统测量海底地形，针对测量过程中因激光入射角引入的测量误差提出海面误差校正方法，从而有效校正因海面波浪起伏所引起的误差，解决了传统机载激光雷达测量海底地形精度差的问题，实现了海底地形的精确测量。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法的一种实施例的处理流程图；

图2是机载激光雷达系统接收到的激光回波脉冲点的一种实施例的示意图；

图3是激光雷达发射点、海面入射点、海底反射点在三维海面坐标系中的几何关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

本实施例在利用机载激光雷达系统对目标海域的海底地形进行测量的过程中，引入海面误差校正技术，根据激光雷达扫描系统采集到的激光回波脉冲形成海面数据网格，建立三维海面数据；将海面数据网格中的每一个脉冲点作为海面入射点形成两条相交于所述入射点的曲线，根据平面定理可知，利用两条相交曲线的切线可以确定出海面入射点所在曲面的切面，切面的法线就是入射光的法线；根据法线和入射光确定激光入射角，根据折射公式可以求得折射角，进而结合折射角、海面入射点在三维海平面的位置以及海底回波距离即可校正海面波浪对海底深度计算结果的影响，达到提高机载激光雷达测量海底地形精度的目的。

下面结合图1-图3，对本实施例的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法的具体设计步骤进行详细地阐述，包括以下步骤：

S101、设定机载激光雷达系统的工作参数；

在本实施例中，可以根据海底地形的测量精度要求，对机载激光雷达系统的工作参数进行初始设定。例如，可以对机载激光雷达系统的扫描频率、激光脉冲的发射频率以及飞机的飞行高度等参数进行设定。作为本实施例的一种优选设计方案，优选设定机载激光雷达系统的扫描频率为20Hz、激光脉冲的发射频率为1000Hz、飞机的飞行高度在100-500米之间。在设定激光脉冲的发射频率时，应使其远高于激光雷达扫描系统的扫描频率，这样可以保证激光雷达扫描系统在每个扫描周期内都能够采集到足够多的激光回波脉冲，从而满足测量精度的要求。

S102、利用激光发射器对目标海域发射激光脉冲，并启动激光雷达扫描系统采集激光回波脉冲，获得原始信号；

在本实施例中，可以通过激光发射器同时发射两种波长的激光脉冲：一种为1064nm激光；一种为532nm激光。由于1064nm的红外光因无法穿透海水而被海面直接反射回来，因此可以利用红色的激光脉冲测量海面数据；而由于海水对532nm的蓝绿光具有较高的透射性，因此可以利用蓝绿色的激光脉冲测量海底数据。利用激光雷达扫描系统采集红色的激光脉冲照射到海面时产生的海面回波脉冲，可以获得反映海面位置的原始信号；利用激光雷达扫描系统采集蓝绿色的激光脉冲照射到海底时产生的海底回波脉冲，可以获得反映海底位置的原始信号。

所述激光雷达扫描系统可以是定角圆锥扫描，也可以是扫描振镜的Z字形扫描或者其他扫描方式。本实施例以定角圆锥扫描为例进行说明，若设置激光雷达扫描系统的扫描频率为20Hz、激光发射器的发射频率为1000Hz，那么激光雷达扫描系统每50毫秒扫描一圈，每圈可扫描到50个回波脉冲，如图2所示，D为飞机的飞行方向，图2中每一个点即表示扫描到的一个激光回波脉冲点。对于同时发射频率为1000Hz的红色激光脉冲和蓝绿色激光脉冲的机载激光雷达系统，则激光雷达扫描系统每扫描一圈，可获得50个红色激光回波脉冲(即海面回波脉冲)和50个蓝绿色激光回波脉冲(即海底回波脉冲)，即形成每圈100个回波脉冲点的螺线管状的扫描图样。

S103、对获得的原始信号进行处理，生成三维海面数据；

在本实施例中，可以根据扫描获得的海面回波脉冲点的经纬度坐标数据建立数据网格，并结合红色激光脉冲的入射距离L(即激光雷达发射点M到海面入射点的距离L)换算出激光雷达发射点M到海面的距离，即高度H，从而建立三维海面数据。

对建立的三维海面数据中的系统误差(包括飞机姿态误差等误差)进行校正，以得出系统误差校正后的三维海面数据。本实施例后面所使用到的三维海面数据均为校正后的数据。

S104、选择海面入射点o，建立以激光雷达发射点M为原点、以飞机的飞行方向为X轴的空间直角坐标系，并计算出所述海面入射点o在所述空间直角坐标系中的坐标；

在图2所示的激光回波脉冲点的图像中，每一个海面回波脉冲点均为红色激光脉冲入射到海面上时的海面入射点，选择其中一个海面入射点o，计算其在空间直角坐标系中的坐标(X,Y,Z)。具体来讲，可以以激光雷达发射点M作为坐标原点、飞机的飞行方向作为X轴建立所述的空间直角坐标系，根据所述海面入射点o所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角δ(以下称方位角δ)、天顶角γ以及所述激光雷达发射光的入射距离L(即激光雷达发射点M到海面入射点o之间的距离)，计算出海面入射点o在所述空间直角坐标系中的坐标(X,Y,Z),公式如下：

X＝Lsinγcosδ

Y＝Lsinγsinδ

Z＝Lcosγ。

S105、确定所述海面入射点o所在海平面的切面以及该切面的法线，从而建立三维海面坐标系，如图3所示；

在本实施例中，对于所述海平面的切面，可以采用以下方法确定：

在图2中，以入射点o为交点，形成x线和y线。其中，x线与飞机的飞行方向平行，是由飞机飞行方向上的相邻海面回波脉冲点的连线形成的；y线是与x线不同方位且由在该方位上的相邻海面回波脉冲点的连线形成的。由于海面海浪的一个起伏周期一般在1秒-30秒之间，例如，在20Hz的扫描频率下，一个海浪起伏周期内将有20-600个扫描点，因此完全可以选取入射点o前后的合适个数的脉冲点形成所述的x线和y线。本实施例优选将入射点o前后的至少5个海面回波脉冲点连接，形成所述的x线和y线。

对于各脉冲点的坐标，可以采用以下方法计算生成：

选取x线上连续的n个脉冲点，分别记为x1、x2、x3、x4、x5、……、xo、……、xn-4、xn-3、xn-2、xn-1、xn，所述n个脉冲点的坐标可以表示为：

X_xi＝L_xisinγcosδ_xi+vt_xi

Y_xi＝L_xisinγsinδ_xi

Z_xi＝L_xicosγ。

其中，L_xi是第i个脉冲点xi所对应的激光雷达发射光入射到海面的入射距离；δ_xi是第i个脉冲点xi所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角；v是飞机的飞行速度；t_xi是第i个脉冲点xi与海面入射点o之间的飞机飞行的时间差。在所述空间直角坐标系中，海面入射点o(即脉冲点xo)的时间为零，海面入射点o前后其他脉冲点xi的时间t_xi代表该脉冲点xi与海面入射点o之间的时间差。

同理，选取y线上连续的m个脉冲点，分别记为y1、y2、y3、y4、y5、……、yo、……、ym-4、ym-3、ym-2、ym-1、ym，所述m个脉冲点的坐标可以表示为：

X_yj＝L_yjsinγcosδ_yj+vt_yj

Y_yj＝L_yjsinγsinδ_yj

Z_yj＝L_yjcosγ。

其中，L_yj是第j个脉冲点yj所对应的激光雷达发射光入射到海面的入射距离；δ_yj是第j个脉冲点yj所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角；v是飞机的飞行速度；t_yj是第j个脉冲点yj与海面入射点o之间的飞机飞行的时间差。在所述空间直角坐标系中，海面入射点o(即脉冲点yo)的时间为零，海面入射点o前后其他脉冲点yj的时间t_yj代表该脉冲点yj与海面入射点o之间的时间差。由于x线和y线上的海面回波脉冲点分别在不同的平面内，因此可以利用x线上的所述n个脉冲点的坐标(X_xi，Y_xi，Z_xi)采用最小二乘法进行拟合，以形成ox曲线。同理，可以利用y线上的所述m个脉冲点的坐标(X_yj，Y_yj，Z_yj)采用最小二乘法进行拟合，以形成oy曲线。根据获得的ox曲线和oy曲线分别求出两条曲线在海面入射点o的切线，形成以海面入射点o为坐标原点O的三维海面坐标系的OX轴和OY轴，如图3所示。其中，OX轴和OY轴所形成的XOY面即为海面的切面，将海面切面的法线作为Z轴，形成所述的三维海面坐标系。在所述三维海面坐标系中，X轴和Y轴可以是不正交的。

S106、在所述三维海面坐标系中，计算所述海面入射点o所对应的激光脉冲入射到海水中所形成的入射角α和折射角β；

本实施例根据构建的三维海面坐标系计算激光脉冲的入射角α，如图3所示，所述入射角α为激光脉冲与Z轴的夹角，可以根据如下夹角公式计算生成：

cosα＝a·b/|a|·|b|；

即cosα等于向量a、b的数量积与向量a、b的模之积的比值。其中，a是所述海面入射点o所对应的红色激光脉冲测得的入射距离L在所述三维海面坐标系中的单位向量；b是三维海面坐标系的坐标轴Z在所述三维海面坐标系中的单位向量。

根据计算出的入射角α结合折射率公式计算出激光脉冲的折射角β，即：

其中，η₀为空气的折射率，η₁为海水的折射率。

S107、计算海底深度h以及海底反射点N在所述空间直角坐标系中的坐标(X¹，Y¹，Z¹)；

在本实施例中，可以根据海面反射点o在所述空间直角坐标系中的坐标、方位角δ、天顶角γ、入射角α、折射角β以及折射光线的入射距离L’(即海面入射点o到海底反射点N之间的距离，可以根据与所述海面入射点o相对应的红色激光脉冲同时发射的蓝绿色激光脉冲采集到的海底回波脉冲获得)，求解出海底反射点N在所述空间直角坐标系中的相对位置(X¹，Y¹，Z¹)，即：

X¹＝X+L’sin(β+γ-α)cosδ

Y¹＝Y+L’sin(β+γ-α)sinδ

Z1＝Z+L’cos(β+γ-α)。

由此，海底深度h＝Z¹-Z＝L’cos(β+γ-α)。

本实施例在三维海面坐标系中计算折射角β，利用折射角β计算海底深度h以及海底反射点N在空间直角坐标系中的相对位置(X¹，Y¹，Z¹)，从而校正了波浪起伏所引起的折射角误差。

S108、计算海平面高度△h，根据海平面高度△h校正海底深度h，得到海底深度校正值h¹；

在本实施例中，所述海平面高度△h即海平面到海拔零点之间的距离，可以利用飞机的GPS数据结合上述步骤S103中获得的三维海面数据计算生成。具体来讲，假设飞机上的GPS系统定位飞机的飞行高度为H’，而三维海面数据中记录的高度为H，则海平面高度△h＝H’-H。利用三维海面数据中的每一个脉冲点所对应的GPS定位高度H’和所述三维海面数据中记录的高度H，分别求解出相应的海平面高度△h1、△h2、△h3……△hp，p为所述海面回波脉冲的个数；求取△h1、△h2、△h3……△hp的平均值，作为最终的海平面高度△h。

利用最终求取出的海平面高度△h校正海底深度h，得到海底深度校正值h¹，即h¹＝h-△h。

S109、生成海底反射点N的三维空间坐标；

在本实施例中，可以结合海底反射点N在所述空间直角坐标系中的相对位置(X¹，Y¹，Z¹)以及海底深度校正值h¹，得到海底反射点N的精确坐标(X¹，Y¹，h¹)。其中，坐标X¹和Y¹可以结合GPS定位数据换算成经纬度坐标x¹、y¹，由此便可以生成海底反射点N的三维空间坐标(x¹，y¹，h¹)。所述三维空间坐标即表示包含经度、纬度、海拔的三维坐标。

S110、针对激光脉冲在海底形成的每一个海底反射点，分别生成三维空间坐标，形成海底地形数据。

在本实施例中，可以针对每一个海底回波脉冲计算出其海底反射点的三维空间坐标，从而实现了对海底地形的准确测量。

本实施例的海底地形测量方法根据折射角和入射点在三维海平面的位置，并结合海底回波距离，对海面波浪的影响进行校正，从而提高了机载激光雷达系统对海底地形测量的精度。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，包括：

利用机载激光发射器发射激光脉冲，照射目标海域；

利用激光雷达扫描系统采集激光脉冲入射到海面形成的海面回波脉冲和入射到海底形成的海底回波脉冲；

根据所述海面回波脉冲生成三维海面数据，在所述三维海面数据中包含有回波脉冲点的经纬度坐标以及激光雷达发射点M距离海平面的高度H；

选择海面回波脉冲中的每一个回波脉冲点作为海面入射点o，以所述激光雷达发射点M为坐标原点、飞机的飞行方向为X轴建立空间直角坐标系，计算所述海面入射点o在所述空间直角坐标系中的坐标(X,Y,Z)；

确定所述海面入射点o所在海平面的切面以及所述切面的法线，建立起以所述海面入射点o为坐标原点、以所述海平面的切面为XOY面的三维海面坐标系；所述三维海面坐标系的构建过程包括：

以所述海面入射点o为交点，形成x线和y线；其中，x线与飞机的飞行方向平行，且由飞机飞行方向上的相邻海面回波脉冲点的连线形成；y线是与x线不同方位且由在该方位上的相邻海面回波脉冲点的连线形成；

选取x线上包括所述海面入射点o在内的连续的n个脉冲点，分别记为x1、x2、x3、x4、x5、……、xo、……、xn-4、xn-3、xn-2、xn-1、xn，所述n个脉冲点的坐标为：

X_xi＝L_xisinγcosδ_xi+vt_xi

Y_xi＝L_xisinγsinδ_xi

Z_xi＝L_xicosγ；

其中，γ是天顶角；L_xi是第i个脉冲点xi所对应的激光雷达发射光入射到海面的入射距离；δ_xi是第i个脉冲点xi所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角；v是飞机的飞行速度；t_xi是第i个脉冲点xi与海面入射点o之间的飞机飞行的时间差，且t_xo＝0；

选取y线上包括所述海面入射点o在内的连续的m个脉冲点，分别记为y1、y2、y3、y4、y5、……、yo、……、ym-4、ym-3、ym-2、ym-1、ym，所述m个脉冲点的坐标为：

X_yj＝L_yjsinγcosδ_yj+vt_yj

Y_yj＝L_yjsinγsinδ_yj

Z_yj＝L_yjcosγ；

其中，L_yj是第j个脉冲点yj所对应的激光雷达发射光入射到海面的入射距离；δ_yj是第j个脉冲点yj所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角；t_yj是第j个脉冲点yj与海面入射点o之间的飞机飞行的时间差，且t_yo＝0；

利用x线上的所述n个脉冲点的坐标采用最小二乘法进行拟合，形成ox曲线；利用y线上的所述m个脉冲点的坐标采用最小二乘法进行拟合，形成oy曲线；

根据所述ox曲线和oy曲线分别求出两条曲线在入射点o的切线，形成以海面入射点o为坐标原点O的三维海面坐标系的OX轴和OY轴；

将OX轴和OY轴所形成的XOY面的法线作为Z轴，形成所述的三维海面坐标系；在所述三维海面坐标系中，OX轴和OY轴是不正交的；

在所述三维海面坐标系中，计算所述海面入射点o所对应的激光脉冲入射到海水中所形成的入射角α和折射角β；

在所述空间直角坐标系中，根据所述入射角α、折射角β、折射光线的入射距离L’以及所述海面入射点o的坐标(X,Y,Z)，计算海底反射点N的坐标(X¹，Y¹，Z¹)以及海底深度h；

根据海平面高度△h校正所述海底深度h，得出海底深度校正值h¹，形成海底地形数据。

2.根据权利要求1所述的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，所述机载激光发射器同时发射1064nm和532nm两种波长的激光脉冲，分别照射目标海域；所述激光雷达扫描系统采集1064nm波长的激光回波脉冲，形成所述的海面回波脉冲；采集532nm波长的激光回波脉冲，形成所述的海底回波脉冲。

3.根据权利要求1所述的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，所述海面入射点o在所述空间直角坐标系中的坐标(X,Y,Z)采用以下公式计算生成：

X＝Lsinγcosδ

Y＝Lsinγsinδ

Z＝Lcosγ；

其中，L是激光雷达发射点M到海面入射点o之间的距离；δ是所述海面入射点o所对应的激光雷达发射光在水平方向的投影与飞机飞行方向的夹角。

4.根据权利要求3所述的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，所述入射角α为激光脉冲与所述Z轴的夹角，采用以下夹角公式计算生成：

cosα＝a·b/|a|·|b|；

其中，a是所述L在所述三维海面坐标系中的单位向量，b是所述三维海面坐标系的坐标轴Z在所述三维海面坐标系中的单位向量；

所述折射角β采用折射率公式计算生成；其中，η₀为空气的折射率，η₁为海水的折射率。

5.根据权利要求4所述的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，所述海底反射点N在所述空间直角坐标系中的坐标(X¹，Y¹，Z¹)根据以下公式计算生成：

X¹＝X+L’sin(β+γ-α)cosδ

Y¹＝Y+L’sin(β+γ-α)sinδ

Z¹＝Z+L’cos(β+γ-α)；

所述海底深度h＝Z¹-Z＝L’cos(β+γ-α)。

6.根据权利要求5所述的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，所述海平面高度△h根据飞机上的GPS系统检测到的飞行高度H’结合所述三维海面数据中的高度H计算而成。

7.根据权利要求6所述的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，根据所述三维海面数据中的每一个脉冲点所对应的GPS定位的飞行高度H’和所述三维海面数据中记录的高度H，分别求解出相应的海平面高度△h1、△h2、△h3……△hp，p为所述海面回波脉冲的个数；求取△h1、△h2、△h3……△hp的平均值，作为最终的海平面高度△h。

8.根据权利要求7所述的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，根据所述最终的海平面高度△h校正所述海底深度h，得到所述海底深度校正值h¹＝h-△h。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的基于机载激光雷达测量海底地形的海面误差校正方法，其特征在于，在所述形成海底地形数据的过程中，包括：

根据所述海底反射点N的坐标X¹和Y¹结合GPS定位数据换算成经纬度坐标x¹、y¹，生成海底反射点N的三维空间坐标(x¹，y¹，h¹)；

针对激光脉冲在海底形成的每一个海底反射点，分别生成三维空间坐标，形成海底地形数据。