[發明專利]一種基于星載激光單片足印影像的激光指向在軌檢校方法

有效

• 申請號: 202010370264.1
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111505608B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 謝俊峰;唐新明;莫凡;劉仁;劉力榮;褚存
• 申請（專利權）人: 自然資源部國土衛星遙感應用中心
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/88
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 王澤云

本發明公開了一種基于星載激光單片足印影像的激光指向在軌檢校方法，該方法包括以下步驟：初定位星載激光足印的地面位置；基于地形數據，采用高程分層迭代方法快速確定星載激光足印地面最優位置坐標；利用星載激光足印地面最優位置坐標，解算出激光指向角。本發明公開了基于星載足印影像的激光足印初定位、依賴小范圍高精度地形數據迭代確定星載激光足印最優位置、以及基于足印影像確定的激光足印最優位置進行激光指向角檢校的具體實施流程及解算過程。使用本發明，無需大面積的高精度地形數據、且不依賴地面布設探測器，可大大減少購買地形數據，以及外業檢校帶來的資金與人力資源的耗費，從而大大縮減外業操作成本。

技術領域

本發明涉及星載激光雷達在軌幾何檢校技術領域，尤其涉及一種基于星載激光單片足印影像的激光指向在軌檢校方法。

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)因其具有方向性好、相干性高、單色性好，測距精度高等特點，現已有GLAS(Geoscience Laser AltimeterSystem)，ATLAS(The Advanced Topographic Laser Altimeter System,ATLAS)用于進行對地觀測，星載激光雷達已經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影像幾何特別是高程方向的精度成為了一種重要的技術手段。

已發射的資源三號02星、高分七號01星，以及即將發射的陸地生態系統碳監測衛星、資源三號03、04星，高分七號02星，均搭載了激光雷達，這些衛星利用搭載的激光雷達獲取大量的全球高精度激光高程控制點，可極大提高現有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、全國乃至全球森林普查等應用提供重要的數據支撐。然而由于星載激光雷達在測量過程中會產生指向角、質心偏移、系統時鐘同步等多項系統誤差，尤其是指向角誤差，可能會降低激光腳點作為測繪行業的高程控制的精度。例如：對于軌道高度為500km的星載激光系統，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。

目前對地觀測星載激光雷達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的方法、地形匹配檢校方法。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。地形匹配的方法無需外業操作，但需要數百公里的長條帶高精度地形數據，大范圍的高精度地形數據十分昂貴，用于開展檢校試驗耗資大。

因此，分析星載激光雷達幾何定位的誤差源及其對定位精度的影響，并在此基礎上，針對國產高分七號星載激光雷達的設計特點，研究并提出一種基于星載激光單片足印影像的激光指向在軌檢校方法，消除其測量過程中的激光指向角誤差，可用于我國搭載足印相機的星載激光雷達在軌檢校，提高星載激光雷達幾何定位精度，最終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

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種基于星載激光單片足印影像的激光指向在軌檢校方法，該方法借助星載激光測高系統搭載的輔助載荷——足印相機，通過構建足印相機幾何定位模型初次確定足印地面位置，利用小范圍的高精度地形數據多次與足印相機幾何定位虛擬射線求交點，迭代確定星載激光足印地面最優位置，基于所構建的激光指向檢校模型，解算出星載激光雷達在軌后實際指向角，具有精度高特點；無需大面積的高精度地形數據、且不依賴地面布設探測器，可大大減少購買地形數據，以及外業檢校帶來的資金與人力資源的耗費。

本發明的目的通過以下的技術方案來實現：

一種基于星載激光單片足印影像的激光指向在軌檢校方法，包括：

步驟1初定位星載激光足印的地面位置；