[發明專利]基于地面激光光斑質心位置的星載激光在軌幾何檢校方法

在審

• 申請號: 201710235001.8
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN106840212A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 謝俊峰;唐新明;付興科;唐洪釗;田世強;莫凡;高小明;竇顯輝;夏雪飛
• 申請（專利權）人: 國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及星載激光在軌幾何檢校技術領域，特別涉及一種基于地面激光光斑質心位置的星載激光在軌幾何檢校方法，應用于星載激光高精度幾何定位。

背景技術

幾何定位精度是衡量國產測繪衛星性能最重要的指標，其中高程精度由于難以提升顯得更為重要。激光雷達(Light Detection And Ranging，簡稱LiDAR)因具有方向性好、測距精度高等特點，在深空探測和地球科學領域中體現了巨大的應用潛力，將星載激光測高技術應用于高分辨率光學立體測繪衛星，輔助航天攝影測量以提高衛星幾何特別是高程方向的精度成為了一種重要的技術手段。

我國在十三五期間即將發射的多顆測繪遙感衛星包括資源三號02星、高分七號、陸地生態系統碳監測衛星等均攜帶激光測高儀，這些衛星可以利用搭載的激光測高儀獲取大量的全球高精度激光高程控制點，極大提高我國現有國產測繪遙感衛星的全球測圖精度特別是高程精度，同時也為極地冰蓋測繪、地理國情監測等應用提供重要的數據支撐。然而由于激光測高儀在測量過程中會產生測距、指向角、質心偏移、系統時鐘同步等多項系統誤差，可能會降低激光腳點作為測繪行業的高程控制的精度。以激光指向角誤差影響為例，對于軌道高度為500km的測高系統，在地表入射角為1°時，30″的激光指向誤差引起腳點定位水平誤差75m，高度誤差1.3m。

目前全球唯一對地觀測激光測高系統GLAS采用的在軌檢校方法主要有地面探測器檢校法、機載紅外相機成像檢校法、利用地形進行檢校的方法。每種方法各有優缺點，地面探測器檢校法成功率大，精度高，但需要較大的人力物力。機載紅外相機成像檢校法的精度較高，但因激光能量到達地表時衰減過低造成成像困難，同時衛星與飛機同步過境時間控制難度大，成功率低。利用地形進行檢校的方法無需外業作業，需要依賴激光波形數據，但該方法精度較低。

因此，分析星載激光測高儀幾何定位的誤差源及其對定位精度的影響，并在此基礎上，針對國產星載激光測高儀的技術特點，研究并提出一種消除其測量過程中的系統誤差的在軌幾何檢校方法，可用于我國星載激光測高儀在軌檢校，對于提升我國測繪遙感衛星在全球測圖應用潛力具有重要意義。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于地面激光光斑質心位置的星載激光在軌幾何檢校方法，該方法利用地面獲取的激光光斑質心坐標，基于所構建的幾何檢校模型，標定激光測高儀存在的指向、測距等系統參數，具有精度高特點，同時可作為獨立驗證，可充分地消除由于現有技術的限制和缺陷導致的一個或多個問題。

本發明提出一種本發明另外的優點、目的和特性，一部分將在下面的說明書中得到闡明，而另一部分對于本領域的普通技術人員通過對下面的說明的考察將是明顯的或從本發明的實施中學到。通過在文字的說明書和權利要求書及附圖中特別地指出的結構可實現和獲得本發明目的和優點。

本發明提供了一種基于地面激光光斑質心位置的星載激光在軌幾何檢校方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，利用地面探測器確定地面激光光斑質心在ITRF地固坐標系中的大地坐標，并將激光光斑質心坐標從ITRF地固坐標系中的大地坐標形式轉換到ITRF坐標系中的空間直角坐標形式，其中，優選的，所述激光光斑質心在ITRF坐標系中的空間直角坐標為所述表示利用地面探測器的實測值計算的ITRF地固坐標系下的激光光斑質心坐標；

步驟2，構建星載激光測高儀幾何檢校模型；所述星載激光測高儀幾何檢校模型為：

其中,為基于所述星載激光測高儀幾何檢校模型計算得到的地面激光光斑質心在ITRF坐標系下的坐標，為衛星平臺質心在ITRF坐標系下的坐標，為衛星本體坐標系到ICRF慣性坐標系的旋轉矩陣，為ICRF慣性坐標系到ITRF地固坐標系的轉換矩陣，為衛星本體坐標系中激光發射參考點相對于衛星質心間的位置偏移量；為激光光斑質心在以激光發射參考點為中心的衛星本體坐標系下的三維坐標，其中，ρ₀(t)為激光測距值，ρ₀(t)＝c*Δt/2，c是光速，Δt是激光脈沖的飛行時間，α為激光出光軸在本體坐標系XOY面投影與X軸正方向的夾角，β為激光出光軸與其在XOY面的投影線的夾角；

步驟3，基于步驟1獲得的激光光斑質心在ITRF坐標系中的空間直角坐標和步驟2構建的星載激光測高儀幾何檢校模型，進行星載激光參數檢校。

優選的，步驟1具體包括以下步驟：