[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

本發明涉及一種星載激光測高儀腳點幾何定位誤差的判定方法，屬于激光遙感領域，解決現有腳點幾何定位誤差分析方法忽略激光測量系統與搭載平臺傳感器之間的位置與角度安置誤差，在沒有考慮被測目標高度起伏的前提下，僅提供激光腳點的部分瞬時幾何定位誤差模型，并未對激光腳點幾何定位誤差的極值進行分析的問題。本發明以星載激光測高儀激光腳點幾何定位過程及誤差的傳播理論為基礎，通過綜合考慮多種誤差源和平面目標起伏的影響，提出了全面判定星載激光測高儀激光腳點的幾何定位誤差的方法：瞬時幾何定位誤差與極值幾何定位誤差相結合的分析方法，能夠實現在星載激光測高儀發射前后的性能指標的綜合分析與評估。

技術領域

本發明屬于激光遙感領域，具體涉及一種星載激光測高儀腳點幾何定位誤差的判定方法，適用于星載激光測高儀觀測成果的精度分析與評估。

背景技術

星載激光測高儀是一種安置在衛星表面的激光遙感設備，它通過測量發射激光脈沖的渡越時間，可以準確獲取激光測高儀與激光腳點之間的距離。結合衛星平臺所提供的位置和姿態數據，從而實現激光腳點幾何定位坐標的精確解算。在充分利用衛星自主飛行的情況下，星載激光測高儀能夠觀測得到覆蓋全球的目標數字高程模型，因此，星載激光測高儀在測繪學、冰川學、地質學和海洋學等領域有著非常廣泛的應用。

星載激光測高儀腳點幾何定位的基本原理見圖1所示，其定位過程涉及激光測高儀、衛星平臺位置和姿態傳感器三者數據的融合。根據三角矢量法，激光腳點在被測星球表面的幾何矢量可以表示為

其中，表示激光測高儀的觀測矢量，表示激光測高儀與姿態傳感器之間的位置偏移矢量，表示位置傳感器的觀測矢量，表示姿態傳感器與位置傳感器之間的位置偏移矢量。

考慮到星載激光測高儀激光腳點幾何定位過程中，各個傳感器的安置及其觀測數據存在一定的誤差，則激光腳點的幾何定位坐標會受到多重誤差源的影響，主要包括：星載激光測高儀的激光測距誤差、衛星平臺的姿態角誤差、激光指向角誤差、各傳感器的安置角誤差及其位置誤差、衛星平臺的定軌誤差。同時，在星載激光測高儀實際工作時，其激光指向和衛星平臺的姿態等測量狀態會發生改變，則激光腳點幾何定位誤差會出現一定的波動，因此，合理分析激光腳點的幾何定位誤差，對于評估星載激光測高儀的技術指標及其成果的應用具有十分重要的作用。

目前，已經有一些經典的關于激光腳點幾何定位誤差分析的文獻，如基于差值模型的分析法(M,et al.A simplified analytical model for a-priorilidar point-positioning error estimation and a review of lidar errorsources.Photogrammetric Engineering&Remote Sensing,75(12):1425-1439,2009；DanJ,et al.Random Error Modeling and Analysis of Airborne Lidar Systems.IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing,52(7):3885-3894,2014)、基于中誤差形式的分析法(劉少創,等.機載三維成像儀的定位原理與誤差分析.測繪學報,28(2):121-127,1999；馬躍,等.對地觀測星載激光測高系統高程誤差分析.紅外與激光工程,44(3):1042-1047,2015)等。這些方法忽略了激光測量系統與搭載平臺傳感器之間的位置與角度安置誤差，在沒有考慮被測目標高度起伏的前提下，僅提供了激光腳點的部分瞬時幾何定位誤差模型，同時未對激光腳點幾何定位誤差的極值進行分析。因而，采用這些方法僅能針對水平面觀測目標，分析部分誤差因素對激光腳點瞬時定位誤差的影響，無法實現星載激光測高儀激光腳點幾何定位誤差的全面評估。

發明內容