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基于足印探测的激光测高仪在轨标定
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:V423.43[航空宇航科学与技术—飞行器设计;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:武汉大学电子信息学院,武汉430072
  • 相关基金:地高分辨率观测系统国家科技重大专项工程“高分遥感测绘应用示范系统(一期)”(批准号:AH1601-8); 国家自然科学基金(批准号:41506210,11574240); 测绘公益性行业科研专项经费资助项目(批准号:201512016); 中国博士后基金(批准号:2016M600612); 中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:2015212020201)资助的课题~~
中文摘要:

高精度的地表目标三维观测结果需要卫星激光测高仪对其系统误差进行定期的在轨标定工作,这包含系统误差的估计和校正以及标定结果的精度检验,现有方式分别通过姿态机动法和足印探测法予以实现.然而,姿态机动方式不适用于我国的卫星平台,传统足印探测方式没有针对系统误差的估计模型,仅能用于标定结果的精度检验.本文推导了基于足印探测方式的激光指向角系统误差估计模型,使得足印探测法能完成包含在轨误差校正以及精度检验的工作闭环,同时对用于激光足印获取的地面能量探测器进行了改进设计.通过设计仿真实验对所推导的误差估计模型进行验证,并量化分析了探测器阵列激光入射角度、标定场地表粗糙度及探测器布设间距等因素对系统误差校正精度的影响.结果表明,若要实现1.8 m的水平定位精度(对应0.6 arcsec激光指向精度),探测器阵列间距达到20 m即可,探测器阵列面的入射角需高于3°,标定场地表粗糙度需小于10 cm.以上结论对我国未来发射GF-7号光学/激光立体测绘卫星具有重要参考价值.

英文摘要:

The positioning accuracy of the footprint of a satellite laser altimeter is primarily dependent on the accuracy of its laser pointing, e.g., a 30 arcsec pointing bias will induce 87 m horizontal error and 1.5 m vertical error when the altitude is 600 km and the laser incident angle is 1°. In order to achieve the three-dimensional high-precision observation on the Earth surface, on-orbit calibration is needed to remove the systematic pointing bias mainly arising from the thermal effect. The current methods of on-orbit calibration and verification for laser altimeters are the attitude maneuvering and the footprint detection, respectively. However, the attitude maneuvering is not applicable to the existing satellite platform of China, which uses the large platform with a three-axis attitude stabilization system. The current footprint detection method can only achieve on-orbit verification task, i.e., the horizontal and vertical errors can be evaluated by analyzing the captured laser footprints but the systematic pointing bias cannot be estimated and removed. An improved design scenario of energy detector that is used for capturing laser footprint is given in this paper. The quantification level of the captured laser energy is equal to 8, which is bigger than that of the energy detector designed for geoscience laser altimeter systems corresponding to level 2. Benefiting from the new design scenario, fewer detectors are needed to achieve the same precision when calculating the centroid geolocations of captured footprints. A new systematic misalignment estimation model in the laser direction cosines is deduced, and it is used to estimate the systematic bias by using the detected footprints based on the Gauss-Markoff criterion. With the new detectors and bias estimation model, the footprint detection method now can achieve on-orbit calibration, as well as on-orbit verification. According to the presented calculation model, simulation experiments are operated to analyse three effects that may influence the performance o

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876