[发明专利]一种基于足印影像的星载激光测高仪在轨指向检校方法

说明书

本发明公开了一种基于足印影像的星载激光测高仪在轨指向检校方法，该方法包括以下步骤：从原始足印影像解算激光到达地面的实际落点的质心在原始足印影像中的位置；对原始足印影像进行几何校正，得到具有地理坐标的足印影像，确定激光在地面的实际落点质心的地理坐标与三维坐标；构建星载激光测高严密几何模型，解算激光在地面的实际落点质心的三维坐标；根据从原始足印影像中解算的和经过严密几何模型解算的激光在地面的实际落点质心的三维坐标，标定出星载激光测高仪指向角。本发明避免了地面大范围铺设探测器进行检校，节省人力物力，能够检校出星载激光的指向，具有较高的精度和效率。

技术领域

本发明涉及激光测高技术领域，尤其涉及一种基于足印影像的星载激光测高仪在轨指向检校方法，应用于星载激光测高仪几何定位。

背景技术

星载激光测高具有方向性好、测距精度高的特点，已经成为对地观测的重要技术之一，其几何定位精度是重要指标。激光以一定的发散角从卫星发射，到达地面后在地面形成具有一定半径的光斑，即激光足印。足印相机的作用是拍摄激光出射光斑，利用足印影像中的出射激光光斑质心位置依据换算关系可以得到激光到达地面的实际落点的激光光斑质心位置。

卫星在发射与运行过程中，由于受到振动、重力变化、热环境变化等多种因素的影响，激光测高仪的激光出射角度、安置角度等要素项的实际值与设计值会发生微小偏差，该偏差可能会降低激光测高数据的精度与可用性，因此高精度的在轨指向检校是激光数据应用的前提。

目前星载激光测高仪的在轨检校方法主要有地面探测器检校法、地形检校法、机载红外相机成像检校法。地面探测器检校法精度高，但是需要精确的轨道及过境点预测，且需大量的人力物力，检校周期长；地形检校法主要依靠波形匹配，对地形数据精度要求高，无需外业但是精度相对较低。机载红外相机成像方法需要提前预知星载激光测高仪足印范围，且需要与卫星过境同步，时间控制难度大。

分析国产星载激光测高仪的技术特点，充分发挥足印相机的作用，研究并提出一种适用于我国星载激光测高仪在轨指向检校的方法，对于提升我国激光测高数据的质量及应用潜力具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于足印影像的星载激光测高仪在轨指向检校方法，利用足印影像获取激光到达地面的实际落点的激光光斑质心坐标，基于星载激光测高严密几何模型，标定激光测高仪的指向角。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

步骤1，在原始足印影像中解算激光到达地面的实际落点的质心在足印影像中的位置；具体方法步骤如下：

步骤1.1，以所述原始足印影像上在轨标定的出射激光光斑质心位置为初始位置，行列方向分别向外扩展N个像素，使扩展区域完全覆盖出射激光光斑区域，在该区域内，用质心提取算法解算出射激光光斑质心的准确位置；

步骤1.2，依据所述原始足印影像上出射激光光斑质心位置与激光到达地面的实际落点的质心在原始足印影像上的位置转换关系计算得到激光到达地面的实际落点的质心在原始影像上的准确位置；

步骤2，对所述原始足印影像进行几何校正，得到具有地理坐标的足印影像；结合已有地形数据，确定激光到达地面的实际落点质心的三维坐标；具体方法步骤如下：

步骤2.1，将所述原始足印影像按像素进行左右翻转；

步骤2.2，根据有理多项式系数模型对翻转后的足印影像进行几何校正，得到具有地理坐标的足印影像；

步骤2.3，根据几何校正后的足印影像得到激光到达地面的实际落点质心的地理坐标；根据此地理坐标，在已有DEM地形数据中内插得到激光到达地面的实际落点质心的高程；

步骤2.4，将激光到达地面的实际落点质心的地理坐标转换为三维坐标；