[发明专利]一种星载激光测高仪脚点几何定位误差的判定方法

摘要

本发明涉及一种星载激光测高仪脚点几何定位误差的判定方法，属于激光遥感领域，解决现有脚点几何定位误差分析方法忽略激光测量系统与搭载平台传感器之间的位置与角度安置误差，在没有考虑被测目标高度起伏的前提下，仅提供激光脚点的部分瞬时几何定位误差模型，并未对激光脚点几何定位误差的极值进行分析的问题。本发明以星载激光测高仪激光脚点几何定位过程及误差的传播理论为基础，通过综合考虑多种误差源和平面目标起伏的影响，提出了全面判定星载激光测高仪激光脚点的几何定位误差的方法：瞬时几何定位误差与极值几何定位误差相结合的分析方法，能够实现在星载激光测高仪发射前后的性能指标的综合分析与评估。

主权项

1.一种星载激光测高仪脚点几何定位误差的判定方法，其特征在于，具体方法是：步骤1，根据星载激光测高仪脚点几何定位误差的初始参数，计算在姿态测量坐标系下，由角度误差、测距误差和位置误差所引起的脚点几何定位误差分量，其中，所述星载激光测高仪脚点几何定位误差的初始参数包括：参数一、激光测高仪的硬件误差参数：包括激光指向角误差和硬件测距误差、安置角误差和安置位置误差；参数二、卫星平台误差参数：包括卫星平台的姿态角误差、卫星平台的定轨误差、姿态传感器与位置传感器的安置角误差和安置位置误差，姿态角误差包括侧滚角误差、俯仰角误差和航向角误差；参数三、在激光发射方向上的大气延迟改正误差参数；参数四、测量状态参数：包括星载激光测高仪激光指向角、卫星平台的姿态角、姿态测量坐标系与星球坐标系之间的旋转关系；参数五、平面目标参数：包括目标在沿轨和垂轨方向上的倾斜度；参数六、卫星的轨道高度；计算由角度误差、测距误差和位置误差所引起的脚点几何定位误差分量，包括以下子步骤：步骤1.1，计算星载激光测高仪激光测距的均方根误差dρi：式中，dρs和dρa分别为激光测高仪硬件测距误差和大气延迟改正误差，(dФx,dФy)和(sx,sy)分别为沿轨和垂轨方向上的激光指向角误差和目标倾斜角，Фi为激光指向角，它是发射激光方向与天底方向的夹角，Фi＝ΔФ×(i‑1)，i＝1、2、3.....、int(Фmax/ΔФ)+1，其中，函数int表示数值取整运算，ΔФ为激光指向角的角度间隔，0.01°≤ΔФ≤1°，Фmax为最大的激光指向角，0°≤Фmax≤30°，ρi为激光测距值，ρi≈H/cosФi，H为卫星的轨道高度；步骤1.2，计算在姿态测量坐标系下，激光脚点几何定位误差的分量dxij、dyij和dzij：式中，dγ_x、dγ_y和dγ_z为合成角度误差，它们可以表示为：其中，dФ_z为激光指向角误差在天底方向上的分量，(dβ_x,dβ_y,dβ_z)为姿态传感器在卫星平台坐标系下的安置角误差，(dα_x,dα_y,dα_z)和(dr_x,dr_y,dr_z)分别为星载激光测高仪在卫星本体坐标系下的安置角误差和安置位置误差；是卫星平台姿态角误差，a_k(k＝1、2、3.....9)为姿态矩阵的元素，它们满足以下关系式：式中，是卫星平台姿态角，它们的取值相同，且均满足：σ_j＝Δσ×(j‑1)，j＝1、2、3.....、int(σ_max/Δσ)+1，其中，Δσ为姿态角的角度间隔，0.01°≤Δσ≤1°，σ_max为最大的姿态角，0°≤σ_max≤90°；步骤2，根据姿态测量坐标系与星球坐标系之间的旋转关系，计算在星球坐标系下激光脚点的瞬时几何定位误差；步骤3，通过统计激光脚点几何定位的误差值或基于误差极值模型，计算脚点几何定位误差的最大值和最小值，包括以下子步骤：步骤3.1，若星载激光测高仪的全部测量状态参数已知，则查找激光脚点瞬时几何定位误差各分量(dXij,dYij,dZij)的极值，统计脚点几何定位误差的最大值和最小值：dXmax＝max(dXij)，dYmax＝max(dYij)，dZmax＝max(dZij)dXmin＝min(dXij)，dYmin＝min(dYij)，dZmin＝min(dZij)式中，函数max和min表示求最大值和最小值运算；(dXmax,dYmax,dZmax)和(dXmin,dYmin,dZmin)为脚点几何定位误差的最大值和最小值；步骤3.2，若星载激光测高仪部分测量状态参数未知，根据脚点几何定位的极值误差模型，计算脚点几何定位误差的最大值和最小值：式中，ρmax是激光测距的最大值，(dγmin,dγmax)、(dσmin,dσmax)、(drmin,drmax)、(dρmin,dρmax)、(dVmin,dVmax)分别表示合成角度误差、姿态角误差、星载激光测高仪的安置位置误差、测距误差和定轨误差的最小值与最大值。