[發(fā)明專利]基于無源目標(biāo)的星載激光測高儀足印定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810190721.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN108519589B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李松;馬躍;余峰;周輝;田昕;楊晉陵;易洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué);武漢導(dǎo)航與位置服務(wù)工業(yè)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01S7/497
• 分類號(hào): G01S7/497
• 代理公司: 武漢帥丞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;王玉

本發(fā)明提出基于無源目標(biāo)的星載激光測高儀足印定位方法及系統(tǒng)，是一種在平坦地形區(qū)域，通過在平坦地形區(qū)域布設(shè)角反射器陣列對(duì)被測目標(biāo)回波進(jìn)行標(biāo)記的方式，解決平坦地形區(qū)域回波信號(hào)相似性高的問題，使得在平坦地形區(qū)域可通過波形分析的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)測高儀足印的高精度定位，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)測高儀解算的足印位置的真實(shí)性檢驗(yàn)，所述方法包括：角反射器口徑的設(shè)計(jì)、角反射器布設(shè)方案、CCR能量等高線圓的提取、基于最陡下降法的足印中心提取，所述系統(tǒng)包括：CCR口徑計(jì)算模塊、CCR布設(shè)方案模塊和基于CCR的足印定位模塊。本發(fā)明技術(shù)方案使得在平坦地形區(qū)域也能通過波形分析的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)測高儀足印的定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于無源目標(biāo)的星載激光測高儀足印定位方法，特別涉及一種基于無源目標(biāo)的星載激光測高儀足印定位方法及系統(tǒng)技術(shù)方案，用于定位足印位置，進(jìn)而對(duì)星載激光測高儀解算的足印位置進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)，屬星載激光測高儀足印位置真實(shí)性檢驗(yàn)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對(duì)地觀測星載激光測高儀是一種天基高精度激光測量設(shè)備，它可以根據(jù)發(fā)射激光脈沖的渡越時(shí)間得到測高儀與被測地表之間的距離值，結(jié)合高精度定姿系統(tǒng)測量的激光指向及衛(wèi)星姿態(tài)信息可得激光測距向量，進(jìn)一步結(jié)合高精度定位系統(tǒng)測量的衛(wèi)星位置矢量，最終得到激光足印中心的高精度三維位置矢量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地表高精度三維觀測的目的。作為一種以激光為測量載荷的遙感系統(tǒng)，星載激光測高儀具有測距精度高、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)，為獲取高時(shí)空分辨率空間信息提供了一種全新的技術(shù)手段，使遙感信息反演的多樣化和智能化成為可能，因而其數(shù)據(jù)產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于極地冰蓋高度、海冰干舷高度，云層和氣溶膠分布，植被高度、郁閉度、生物量，海面風(fēng)速等領(lǐng)域的遙感監(jiān)測工作，并取得了巨大的成功和豐碩的成果。除此之外，基于激光測高儀數(shù)據(jù)產(chǎn)品分米級(jí)絕對(duì)高程精度的優(yōu)勢(shì)，星載激光測高儀的數(shù)據(jù)產(chǎn)品還可以作為地面高程控制點(diǎn)用于大比例尺測圖。

星載激光測高儀的核心數(shù)據(jù)產(chǎn)品為通過幾何定位模型得到的足印中心三維坐標(biāo)，足印中心坐標(biāo)的高精度及可靠性是測高儀測量數(shù)據(jù)被廣泛科學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)。不論是將激光測高儀數(shù)據(jù)直接進(jìn)行基于激光點(diǎn)云的立體測繪、用于生成覆蓋全球的數(shù)字高程模型和反演植被相對(duì)高程等，還是將測高儀數(shù)據(jù)作為高程控制點(diǎn)使用、以提高光學(xué)測繪衛(wèi)星的測繪精度，前提都是其數(shù)據(jù)產(chǎn)品具有至少分米量級(jí)的高程精度。然而，對(duì)地觀測衛(wèi)星激光測高儀的原始數(shù)據(jù)受載荷器件、大氣環(huán)境、地表目標(biāo)等多種因素的影響，使得其初始數(shù)據(jù)精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到科學(xué)應(yīng)用時(shí)的精度要求。其中的大氣延遲、固體潮汐、大氣散射等單項(xiàng)測距誤差數(shù)值已經(jīng)大幅超過系統(tǒng)整體精度設(shè)計(jì)值；同時(shí)，測距信息需要與衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)、位置、指向等多種傳感器數(shù)據(jù)，以及氣象、引力等輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，才能解算出地表激光足印平面和高程坐標(biāo)；受衛(wèi)星運(yùn)行熱量和震動(dòng)因素影響，衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間隨時(shí)間周期變化的角度系統(tǒng)誤差也將帶來高程方向米量級(jí)、平面方向數(shù)十米量級(jí)的足印中心定位誤差。這些問題嚴(yán)重制約了激光測高載荷高精度數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用。為了對(duì)測高儀解算的足印坐標(biāo)進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)，保證測高儀測量數(shù)據(jù)產(chǎn)品的可靠性，有必要通過其它足印中心的定位方式確定足印坐標(biāo)，對(duì)測高儀解算的足印進(jìn)行精度評(píng)估。

已公開的如中國發(fā)明專利“一種結(jié)合立體像對(duì)的激光高度計(jì)高程控制點(diǎn)生成方法”，申請(qǐng)?zhí)枺?01610019708.0”等，是一種足印定位方法基于波形匹配原理，該方法利用地表輪廓和反射率變化比較劇烈的自然地表目標(biāo)，其要求選取的檢驗(yàn)區(qū)域地形地貌信息豐富多變，使得測高儀接收的回波信號(hào)中含有獨(dú)特而豐富的地形信息，使得當(dāng)激光照射不同地表區(qū)域時(shí)其回波波形是唯一的，進(jìn)而確定光斑足印中心位置。若選取的區(qū)域?yàn)榻破教沟乇恚缟衬貐^(qū)，此時(shí)測高儀記錄的此區(qū)域的回波脈沖信號(hào)與發(fā)射脈沖相似，都為近似高斯脈沖，區(qū)域內(nèi)的回波信號(hào)之間具有極大的相似性，回波波形不唯一，無法確定光斑足印中心位置。然而，目前國內(nèi)外的衛(wèi)星激光測高儀地面定標(biāo)場都建設(shè)在沙漠平坦區(qū)域，上述方法無法實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的空白，本發(fā)明建立了一種基于無源目標(biāo)的星載激光測高儀足印定位方法。該方法的建立，使得在平坦地形區(qū)域也能通過波形分析實(shí)現(xiàn)對(duì)測高儀足印的高精度定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)測高儀解算足印坐標(biāo)的真實(shí)性檢驗(yàn)。