[发明专利]长基线激光测距实现无控制点卫星精确定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星遥感技术，具体地，涉及一种长基线激光测距实现无控制点卫星精确定位系统及方法。

背景技术

卫星遥感技术获取的信息可分为三类：定性、定位和定量。在上述三类信息中，“定位”信息直接反映了遥感信息与目标之间的空间对应关系，是遥感定性和定量分析的重要前提与基础。目前，国外卫星在有控制点条件下，对地定位精度能达到米量级，无控制点时对地定位精度能达到十米、百米的量级，国内卫星对地定位水平与美国、法国、日本等还有较大差距。

当今世界上不发达地区大约90％属于无图区，无地面控制点卫星对地定位精度很大程度上取决于光轴指向精度，而光轴指向精度与卫星轨道位置确定、飞行姿态确定、结构和机构的热变形以及卫星飞行过程中不可预知的抖动相关联。受到当前硬件、工艺等发展限制，仅通过提高卫星平台的定轨、定姿精度等来修正光轴指向偏差已经难以满足高精度对地定位要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，为了提高卫星对地定位精度，促进高精度卫星测绘、摄影等的领域发展，本发明基于激光雷达精确测距的优势，提出了一种长基线激光测距实现无控制点卫星精确定位方法。

根据本发明的一个方面提供的一种长基线激光测距实现无控制点卫星精确定位系统，包括卫星平台、反射镜和激光雷达；所述激光雷达和所述反射镜均设置在所述卫星平台上。

优选地，所述卫星平台包括卫星平台本体、第一连接杆以及第二连接杆；所述第一连接杆的一端和所述第二连接杆的一端分别连接所述卫星平台本体的两侧。

优选地，所述激光雷达包括激光发射器、第一激光信号接收器、第二激光信号接收器以及第三激光信号接收器；所述激光发射器设置在所述卫星平台本体内，所述激光发射器发射的激光脉冲通过反射镜反射向地面；所述第一激光信号接收器、第二激光信号接收器分别设置在所述第一连接杆的另一端和所述第二连接杆的另一端；所述第三激光信号接收器设置在所述卫星平台本体上；所述第一激光信号接收器、所述第二激光信号接收器以及所述第三激光信号接收器的接收方向均指向地面。

优选地，所述反射镜采用电驱动可旋转反射镜。

优选地，所述激光发射器采用Nd:YAG固体激光器，能够发射1064nm和532nm两种波长。

优选地，所述第一连接杆以及第二连接杆采用长度为1米至100米的刚性杆。

根据本发明的另一个方面提供的长基线激光测距实现无控制点卫星精确定位系统的卫星精确定位方法，包括如下步骤：

步骤1：由激光发射器对地面或低空探测目标发射激光脉冲，并同时记录发射时间t₀；

步骤2：第一激光信号接收器D₁、第二激光信号接收器D₂以及第三激光信号接收器D₃分别接收从地面反射点P返回的激光信号，并分别记录接收到信号的时间t₁、t₂、t₃；

步骤3：分别计算第一激光信号接收器D₁、第二激光信号接收器D₂以及第三激光信号接收器D₃到地面反射点的距离r₁、r₂和r₃；

步骤4：通过北斗或GPS定位获得激光发射时刻卫星的位置坐标，根据三个激光信号接收器的安装矩阵，计算得到三个激光信号接收器在激光发射时刻的位置坐标D₁(x₁,y₁,z₁)、D₂(x₂,y₂,z₂)、D₃(x₃,y₃,z₃)；

步骤5：将位置坐标D₁(x₁,y₁,z₁)、D₂(x₂,y₂,z₂)、D₃(x₃,y₃,z₃)和r₁、r₂、r₃代入方程组，即可得到地面反射点的三维坐标P(x,y,z)。