[发明专利]一种标定激光雷达时变参数的方法及系统

说明书

本发明涉及一种标定激光雷达时变参数的方法及系统，首先获取多波束激光雷达卫星搭载的结构的测量信息，根据测量信息确定每个激光波束的多个地面轨迹交叉点，根据地面轨迹交叉点的位置差和位置分量相对距离和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，最后采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。本发明在不用布设地面标定场的条件下，仅利用激光雷达测量信息，可实现对多波束激光雷达每个波束距离和指向系统误差参数时变分量的准确估计和同时标定。

技术领域

本发明涉及激光雷达参数标定技术领域，特别是涉及一种标定激光雷达时变参数的方法及系统。

背景技术

星载激光多激光波束雷达测量是目前精度最高的卫星数字地形测绘技术之一。激光多激光波束雷达测绘卫星是利用卫星作为空间测量的测量参考点，利用星载激光测距载荷和卫星姿态精密测量载荷通过精确测量卫星与地面点之间距离和准确指向信息，确定地面点精确位置。当卫星位置可通过星载GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)技术精密确定前提下，星地激光测距误差和激光波束指向测量误差是影响地形测量精度的主要因素。

星地激光测距误差与激光器收发设备时延、激光器收发参考点位置确定精度、地面点植被状态、大气时延等多种因素有关；激光指向测量误差与星敏感器误差、参考相机误差、激光器安装误差、大气折射等因素有关。尽管上述误差可通过构建物理模型的方式修正，但依靠模型修正方法很难满足米级地形测量精度要求。为此，通常需要采用地面标定或在轨标定方式修正残余系统误差。地面标定需要建立残余系统误差经验修正模型，并利用实测数据确定模型参数。距离和指向偏差系统误差经验模型通常采用线性多项式模型结合周期函数模型的方式。现阶段，利用坐标已知地面探测器标定法、已知地形数据标定法和借助卫星姿态机动利用海面扫描测量数据标定法是常用的几种标定方法。卫星姿态机动方法对卫星平台控制精度要求较高，标定精度有限；地面探测器标定或地形标定只能在全球部分区域布设标定场，不易实现对大范围卫星测量弧段的跟踪测量，要实现逐激光波束标定需要建设大范围标定场，仅适合标定激光多波束雷达中单个激光波束的距离和指向系统误差常数项但不易标定其时变分量参数。如何准确标定激光多波束雷达每个激光波束系统误差时变分量是激光雷达地面标定亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种标定激光雷达时变参数的方法及系统，以准确标定多波束激光雷达的每个激光波束系统误差时变分量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种标定激光雷达时变参数的方法，所述方法包括：

利用多波束激光雷达卫星搭载的星载GNSS双频接收机获取每个测量时刻地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，利用多波束激光雷达卫星搭载的星载多波束激光测距设备获取每个激光波束在每个测量时刻的星地距，并利用多波束激光雷达卫星搭载的星敏感器、陀螺和激光波束指向测量设备获取每个测量时刻各个激光波束的指向在惯性坐标系中的指向观测量；

根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹；

根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

采用搜索法确定轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹形成的多个地面轨迹交叉点；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差和每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程；