[發明專利]一種星載激光測高儀腳點幾何定位誤差的判定方法

有效

• 申請號: 201511000735.5
• 申請日: 2015-12-25
• 公開（公告）號: CN105628053B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 周輝;李松;金麗花;李少輝;郭高峰
• 申請（專利權）人: 武漢大學;北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種星載激光測高儀腳點幾何定位誤差的判定方法，其特征在于，具體方法是：

步驟1，根據星載激光測高儀腳點幾何定位誤差的初始參數，計算在姿態測量坐標系下，由角度誤差、測距誤差和位置誤差所引起的腳點幾何定位誤差分量，其中，所述星載激光測高儀腳點幾何定位誤差的初始參數包括：

參數一、激光測高儀的硬件誤差參數：包括激光指向角誤差和硬件測距誤差、安置角誤差和安置位置誤差；

參數二、衛星平臺誤差參數：包括衛星平臺的姿態角誤差、衛星平臺的定軌誤差、姿態傳感器與位置傳感器的安置角誤差和安置位置誤差，姿態角誤差包括側滾角誤差、俯仰角誤差和航向角誤差；

參數三、在激光發射方向上的大氣延遲改正誤差參數；

參數四、測量狀態參數：包括星載激光測高儀激光指向角、衛星平臺的姿態角、姿態測量坐標系與星球坐標系之間的旋轉關系；

參數五、平面目標參數：包括目標在沿軌和垂軌方向上的傾斜度；

參數六、衛星的軌道高度；

計算由角度誤差、測距誤差和位置誤差所引起的腳點幾何定位誤差分量，包括以下子步驟：

步驟1.1，計算星載激光測高儀激光測距的均方根誤差dρ_i：

式中，dρ_s和dρ_a分別為激光測高儀硬件測距誤差和大氣延遲改正誤差，(dФ_x,dФ_y)和(s_x,s_y)分別為沿軌和垂軌方向上的激光指向角誤差和目標傾斜角，Ф_i為激光指向角，它是發射激光方向與天底方向的夾角，Ф_i＝ΔФ×(i-1)，i＝1、2、3.....、int(Ф_max/ΔФ)+1，其中，函數int表示數值取整運算，ΔФ為激光指向角的角度間隔，0.01°≤ΔФ≤1°，Ф_max為最大的激光指向角，0°≤Ф_max≤30°，ρ_i為激光測距值，ρ_i≈H/cosФ_i，H為衛星的軌道高度；

步驟1.2，計算在姿態測量坐標系下，激光腳點幾何定位誤差的分量dx_ij、dy_ij和dz_ij：

式中，dγ_x、dγ_y和dγ_z為合成角度誤差，它們可以表示為：其中，dФ_z為激光指向角誤差在天底方向上的分量，(dβ_x,dβ_y,dβ_z)為姿態傳感器在衛星平臺坐標系下的安置角誤差，(dα_x,dα_y,dα_z)和(dr_x,dr_y,dr_z)分別為星載激光測高儀在衛星本體坐標系下的安置角誤差和安置位置誤差；是衛星平臺姿態角誤差，a_k(k＝1、2、3.....9)為姿態矩陣的元素，它們滿足以下關系式：

式中，是衛星平臺姿態角，它們的取值相同，且均滿足：σ_j＝Δσ×(j-1)，j＝1、2、3.....、int(σ_max/Δσ)+1，其中，Δσ為姿態角的角度間隔，0.01°≤Δσ≤1°，σ_max為最大的姿態角，0°≤σ_max≤90°；

步驟2，根據姿態測量坐標系與星球坐標系之間的旋轉關系，計算在星球坐標系下激光腳點的瞬時幾何定位誤差；

步驟3，通過統計激光腳點幾何定位的誤差值或基于誤差極值模型，計算腳點幾何定位誤差的最大值和最小值，包括以下子步驟：

步驟3.1，若星載激光測高儀的全部測量狀態參數已知，則查找激光腳點瞬時幾何定位誤差各分量(dX_ij,dY_ij,dZ_ij)的極值，統計腳點幾何定位誤差的最大值和最小值：

dX_max＝max(dX_ij)，dY_max＝max(dY_ij)，dZ_max＝max(dZ_ij)

dX_min＝min(dX_ij)，dY_min＝min(dY_ij)，dZ_min＝min(dZ_ij)

式中，函數max和min表示求最大值和最小值運算；(dX_max,dY_max,dZ_max)和(dX_min,dY_min,dZ_min)為腳點幾何定位誤差的最大值和最小值；

步驟3.2，若星載激光測高儀部分測量狀態參數未知，根據腳點幾何定位的極值誤差模型，計算腳點幾何定位誤差的最大值和最小值：

式中，ρ_max是激光測距的最大值，(dγ_min,dγ_max)、(dσ_min,dσ_max)、(dr_min,dr_max)、(dρ_min,dρ_max)、(dV_min,dV_max)分別表示合成角度誤差、姿態角誤差、星載激光測高儀的安置位置誤差、測距誤差和定軌誤差的最小值與最大值。

2.根據權利要求1所述的一種星載激光測高儀腳點幾何定位誤差的判定方法，其特征在于，所述步驟1中，根據姿態測量坐標系和星球坐標系之間的旋轉關系，計算得到在星球坐標系下腳點瞬時幾何定位誤差分量dX_ij、dY_ij和dZ_ij：

式中，m_l(l＝1、2、3...9)為姿態測量坐標系和星球坐標系之間的旋轉矩陣的元素；(dX_g,dY_g,dZ_g)為衛星在星球坐標系下的定軌誤差。