[發(fā)明專利]一種基于指向角殘差的星載激光測(cè)高儀指向角系統(tǒng)誤差標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610458680.0
• 申請(qǐng)日: 2016-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106125069B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李松;易洪;馬躍;周輝;鄭國(guó)興;楊晉陵;田昕;高俊玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/497
• 分類號(hào): G01S7/497
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 趙麗影

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及星載激光測(cè)高儀在軌標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于指向角殘差的星載激光測(cè)高儀指向角系統(tǒng)誤差標(biāo)定技術(shù)方案，用于星載激光測(cè)高儀指向角系統(tǒng)誤差的在軌標(biāo)定。

背景技術(shù)

星載激光測(cè)高儀是一種以激光為測(cè)量載荷的新型遙感系統(tǒng)，具有測(cè)距精度高、覆蓋范圍廣、區(qū)分目標(biāo)能力突出及受環(huán)境影響少等優(yōu)點(diǎn)。星載激光測(cè)高儀通過(guò)激光測(cè)距系統(tǒng)記錄激光發(fā)射脈沖發(fā)射時(shí)刻和激光回波脈沖的接收時(shí)刻得到激光脈沖的渡越時(shí)間(Time of Flight，TOF)，從而得到激光測(cè)距值，結(jié)合激光測(cè)高儀的位置信息及激光指向信息，可獲取測(cè)高儀發(fā)射脈沖到達(dá)地面時(shí)的腳點(diǎn)位置信息，達(dá)到對(duì)地表高精度三維觀測(cè)的目的。目前全球唯一的對(duì)地觀測(cè)星載激光測(cè)高儀GLAS(Geoscience Laser Altimeter System)設(shè)計(jì)高程精度15cm，平面精度達(dá)到約5m，然而GLAS在軌運(yùn)行期間由于震動(dòng)和熱量等原因引起的指向角系統(tǒng)誤差嚴(yán)重影響其精度指標(biāo)，對(duì)于如ICESat(Ice，Cloud，and Land Elevation Satellite) 衛(wèi)星600km的軌道高度，1°綜合入射角的條件下，30″激光指向角系統(tǒng)誤差將導(dǎo)致腳點(diǎn)中心87m平面方向偏移和1.5m高程方向偏差。因此，高精度的三維觀測(cè)結(jié)果依賴于激光測(cè)高儀在軌運(yùn)行期間通過(guò)細(xì)致的在軌檢校方法，對(duì)測(cè)高儀的指向角系統(tǒng)誤差進(jìn)行有效的剔除。

現(xiàn)有一種通過(guò)在地面探測(cè)激光光斑，進(jìn)而確定激光光斑中心位置，用于檢驗(yàn)激光指向角精度的方法，該方法定位的激光光斑中心位置數(shù)據(jù)不依賴于星上系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)，通常稱其為獨(dú)立的檢驗(yàn)方式。然而對(duì)于地面探測(cè)激光光斑的激光指向角精度檢驗(yàn)方法，現(xiàn)有的文獻(xiàn)中都只介紹了探測(cè)激光光斑的方式，以及通過(guò)定位的激光光斑中心位置對(duì)激光指向角精度進(jìn)行評(píng)估，并沒(méi)有給出如何通過(guò)地面探測(cè)激光光斑定位的激光光斑中心位置校正激光指向角系統(tǒng)誤差的指向角系統(tǒng)誤差校正模型。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的空白，本發(fā)明針對(duì)基于地面激光光斑探測(cè)的星載激光測(cè)高儀激光指向角精度的在軌檢驗(yàn)方法，建立了地面激光光斑探測(cè)檢驗(yàn)方法的激光指向角系統(tǒng)誤差校正模型。通過(guò)地面探測(cè)定位的激光光斑中心位置，生成激光指向角殘差，結(jié)合推導(dǎo)的激光指向角系統(tǒng)誤差校正模型，可對(duì)指向角系統(tǒng)誤差進(jìn)行有效反演。

發(fā)明的技術(shù)方案提供一種基于指向角殘差的星載激光測(cè)高儀指向角系統(tǒng)誤差標(biāo)定方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)地面光斑探測(cè)到的激光光斑位置，建立星載激光測(cè)高儀在地心慣性坐標(biāo)系(ECIF，Earth Centered Inertial Reference Frame)下的激光測(cè)距向量，其原理如圖1所示，實(shí)現(xiàn)如下，

ρ_d*u_d＝R_d-R

其中ρ_d*u_d為解算距離值ρ_d與解算激光指向單位向量u_d的乘積，即激光測(cè)距矢量；u_d為星載激光測(cè)高儀在地心慣性坐標(biāo)系下的激光指向單位向量；R_d為地面光斑探測(cè)定位的激光光斑位置向量；R為高精度定位系統(tǒng)測(cè)得的衛(wèi)星位置向量；

步驟2、基于激光測(cè)距向量，將解算得到的激光測(cè)距向量(解算激光測(cè)距向量) 與激光測(cè)高儀測(cè)量的激光測(cè)距向量(測(cè)量激光測(cè)距向量)進(jìn)行點(diǎn)乘，即可得激光指向角殘差的關(guān)系如下，

其中[cosα cosβ cosγ]^T即為星載激光測(cè)高儀高精度定姿系統(tǒng)測(cè)得的激光指向單位向量在地心慣性坐標(biāo)系下的方向余弦，其中α，β，γ分別為星上高精度定姿系統(tǒng)測(cè)量的激光指向單位向量的方向余弦角；[cosα_d cosβ_d cosγ_d]^T為解算激光指向單位向量在地心慣性坐標(biāo)系下的方向余弦，其中α_d，β_d，γ_d分別為解算激光指向單位向量的方向余弦角；δ_α、δ_β、δ_γ依次為激光指向角單位向量方向余弦中的系統(tǒng)誤差；e_α、e_β、e_γ依次為激光指向角單位向量方向余弦中的隨機(jī)誤差；

步驟3、利用得激光指向角殘差與指向角誤差的關(guān)系對(duì)指向角系統(tǒng)誤差進(jìn)行檢校，建立指向角誤差檢校模型，實(shí)現(xiàn)如下，