[發明專利]星載激光測高儀指向角誤差為非常數時的在軌標定方法

有效

• 申請號: 201811593102.3
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109855652B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 馬躍;李松;周輝;田昕;馬昕;張文豪;伍煜;余詩哲;曾昊旻
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 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: 嚴彥

一種星載激光測高儀指向角誤差為非常數時的在軌標定方法，包括確定星載激光測高儀的激光指向角系統誤差在俯仰和橫滾方向的表達形式，構建待估計向量；建立角度系統誤差是非常數時的激光腳點觀測方程，利用線性最小二乘法估計初始值，利用非線性最小二乘LM算法迭代收斂估計，計算得出當前時刻的激光指向角在俯仰和橫滾方向誤差分量；進而計算當前次測量時刻的標定補償指向角系統誤差之后的激光腳點精確坐標，完成星載激光測高儀的指向角誤差的在軌標定工作。相對于現有的指向角系統誤差標定方法，本方法能夠在指向角系統誤差為非常數時進行標定，這是現有方法所不能完成的；并且能夠兼容現有認為指向角系統誤差為常數的情況，具有更好的普適性。

技術領域

本發明涉及星載激光測高儀在軌運行期間的指向角系統誤差在軌標定方法，尤其是涉及一種當星載激光測高儀在軌運行期間的指向角系統誤差為非常數時，在軌標定這種非常數指向角誤差的方法，屬于激光遙感技術領域。

背景技術

星載激光測高儀是目前衛星遙感方式獲取地球表面三維坐標數據中高程精度最高的測量設備，可以達到分米量級。然而，由于受到環境因素、目標因素和器件因素的影響，其初始數據誤差遠遠大于設計精度。例如，在環境因素影響中，由于激光光束傳播過程中大氣層產生的散射和折射影響，將導致約1至2.3m的測距誤差，由章動、極移和歲差等影響的固體潮汐影響，將導致平面和高程方向約0.5m的定位誤差；所有這些影響都會使星載激光測高儀產生測量誤差，使其無法發揮高程精度分米量級的優勢。

影響星載激光測高儀數據精度的誤差可以分為兩類，一種屬于隨機誤差，不具備周期性和規律性；另一種屬于系統誤差，在一定時間內呈現出周期性和規律性特征。對于隨機誤差，目前已經有較成熟的數據校正算法(如大氣延遲、時間同步、固體潮汐等)進行誤差剔除。然而，星載激光測高儀在軌運行期間的指向角系統誤差嚴重影響其精度指標，對于如ICESat衛星搭載的GLAS系統，在其600km的軌道高度，1°綜合入射角的條件下，30″指向角誤差將導致激光腳點中心在地球表面產生87m的平面方向誤差和1.5m的高程方向誤差。雖然在衛星發射前，衛星上各個載荷傳感器之間都進行過相對位置關系的精確標定；但是，在衛星發射過程以及在軌運行期間，由于震動和熱量等原因會引起隨時間周期變化的角度系統偏移，其具體表現為星載激光測高儀的指向角系統誤差，對于搭載于低軌衛星平臺的激光測高儀，此項誤差通常在30″左右。

星載激光測高儀的激光腳點數據若要達到分米量級，其在軌運行期間的指向角系統誤差必須被準確標定補償。目前的激光指向角系統誤差的在軌標定方法，都認為在一定時間段內，指向角系統誤差本身在航向角、俯仰角和橫滾角方向分量為常數。事實上，指向角系統誤差受溫度影響最大，而星上溫度主要取決于衛星與太陽、地球之間的相對位置關系，即與衛星軌道周期有關。根據NASA對GLAS、MBLA等激光測高儀的發射前模擬測試和發射后標定結果總結分析，其俯仰和橫滾方向的角度系統誤差通常抽象成一個常數項和具有不同振幅的正余弦函數的累加和表示，即指向角系統誤差并不是常數項。因此，建立一種能夠標定出星載激光測高儀指向角系統誤差為非常數時的在軌標定方法，對保障星載激光測高儀的數據精度顯得至關重要。

發明內容

本發明主要是利用新建立的當指向角系統誤差為非常數時，星載激光測高儀指向角系統誤差的在軌標定理論模型，提供了一種星載激光測高儀指向角系統誤差為非常數時的軌運行標定方法。

本發明的技術方案為一種星載激光測高儀指向角誤差為非常數時的在軌標定方法，包括以下步驟：

步驟1，確定星載激光測高儀的激光指向角系統誤差在俯仰和橫滾方向的表達形式，構建待估計向量K_m×1，實現方式包括將俯仰和橫滾方向角度誤差表示如下：

Δκ＝C_r+A_r sinω_gΔt+D_r cosω_gΔt