[發明專利]一種國產衛星激光高度計在軌幾何標定方法及系統

有效

• 申請號: 201610255083.8
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105842679B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 蔡銀橋;邱振戈;謝鋒;舒嶸;王建宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明屬于遙感對地觀測技術領域，特別涉及一種國產衛星激光高度計在軌幾何標定方法及系統。

背景技術

衛星激光高度計是在衛星平臺上安裝激光高度計以實現對地觀測的一種主動遙感技術，作為深空探測最重要的載荷之一，具有激光腳印大小可控、激光光束指向精確以及高精度測量等優點，幾乎所有的航天工程都搭載這種傳感器。然而，激光高度計對地觀測的測量精度受到很多因素影響，其中激光測距和激光光束指向會直接造成激光光斑位置產生偏移，激光高度計測距主要受到大氣、測時等因素的影響，而安裝誤差會造成激光光束指向偏離天底點。

為了提高衛星激光高度計在軌測量精度，我們必須在過境時對衛星激光高度計進行在軌檢校，以獲取標定參數值，進而確定它的系統誤差，恢復衛星激光高度計照射到地面激光光斑的正確位置。

目前國際上還沒有為衛星激光高度計專門制定檢校標準、方法和流程。衛星激光高度計目前主要檢校方法是基于紅外信號探測器，即在檢校場布設一系列規則紅外發射器，捕捉衛星過境時的激光信號，根據激光光斑和紅外發射器的相對位置關系確定激光光斑的真實坐標，將真實坐標值與定位模型計算得到的坐標進行對比檢核。激光高度計在軌幾何標定不但人工成本非常高，其可靠性也低，衛星過境時檢校失誤造成的經濟損失巨大。

發明內容

本發明目的在于解決現有技術不足，提供一種國產衛星激光高度計在軌幾何標定方法及系統，將衛星激光高度計照射到地表面的地形特征作為檢校約束條件，采用最小二乘方法計算系統幾何標定參數，克服了衛星激光高度計在軌檢校成本較高等難題。

本發明通過以下技術方案實現：

一種衛星激光高度計在軌幾何標定方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1.1，針對檢校場平面，利用機載激光雷達或者GPS測量，獲取高精度激光點云或者GPS測量點，利用這些離散點構建數字表面模型，建立檢校區域的平面方程。所述步驟1.1包括以下具體步驟：

步驟1.1.1，標定場地形數據采集。標定場地形數據采集可以采取機載激光雷達測量和GPS野外測量兩種數據采集方式，選擇較為晴朗的天氣，在衛星過境前測量標定場地形，采集標定場地面數據。在進行地形數據采集時，需要保證點位分布均勻，且同一個平面至少包含三個以上的點；

步驟1.1.2，建立檢校場內每個平面的平面方程，通過地面采集點平面擬合，計算各個平面方程的系數，標定場平面方程模型如下：

z＝a_ix+b_iy+c_i

其中，i代表檢校場內的平面標號，a_i、b_i、c_i分別是第i個平面的平面方程系數，(x,y,z)代表第i個平面內所有的地面采集數據點集，具體形式為：

上式中，n代表某個平面內的所有點數量，將數據點集(x,y,z)代入標定場平面模型，計算標定場內各個平面方程的系數

步驟1.2，建立衛星激光高度計檢校模型。在回波波形信號濾波處理后，根據激光高斯波形信號的峰值位置，確定激光發射點到地面光斑的起始距離。具體地說，激光測距模型可以表示為

式中為激光光斑在WGS-84坐標系下的地面坐標；是激光坐標系原點在WGS-84坐標系的坐標，可以從星上下傳的軌道文件中獲得；R為激光測距值；r為激光測距系統誤差；T_body2WGS-84是衛星平臺坐標系到WGS-84坐標系之間的轉換矩陣，描述衛星運行時的姿態，由星上下傳的姿態文件獲得；T_laser2body是衛星激光高度計載荷在衛星本體平臺下的安裝矩陣，描述載荷與衛星平臺的相對關系，其大小會在衛星發射前精確測量；θ_x和θ_y分別是激光光束沿X軸和Y軸的偏轉參數；θ_x、θ_y和r是衛星激光高度計在軌幾何標定的待定三個參數。

代入平面方程

z_s′＝ax_s′+by_s′+c

其中，a、b、c可以從平面方程的系數P中確定；

步驟1.3，衛星激光高度計檢校參數解算；將激光高度計測距模型代入平面方程展開后，得到