[发明专利]一种基于地面探测器的激光足印中心确定方法

说明书

本发明公开了一种基于地面探测器的足印中心确定方法，所述方法包括以下步骤：S1：对地面探测器捕获的激光足印进行预处理；S2：利用高斯曲面拟合法确定激光足印中心。本发明通过对激光足印中心中的孤立点、缺失点和异常点进行预处理，减小了由于外界环境及探测器不一致造成的噪声误差，使激光足印阵列恢复均匀平滑形状；利用足印范围内覆盖85％的能量进行高斯曲面拟合，求取曲面的中心位置，即为激光足印的中心，以此作为激光测高仪在轨几何检校的地面参考。

技术领域

本发明涉及激光测高仪在轨检校技术领域，特别涉及一种基于地面探测器的激光足印中心确定方法。

背景技术

激光测高因具有方向性好、测距精度高等特点，在深空探测和地球科学领域中体现了巨大的应用潜力，将星载激光测高技术应用于高分辨率测绘卫星，辅助光学相机等载荷提高高程精度是一种新颖的手段。激光测高仪上包含激光发射器和激光接收器，各部件按照设计的安装角安装在卫星上，但各角在卫星在发射过程中受到机械的震动及在运行过程中复杂的太空环境会发生变化，致使激光发射器与激光发射器与激光测高仪、卫星平台之间的实际安装角与设计值有微小偏差，使得激光打在地面上的水平位置不确定。因此，高精度在轨几何检校是激光数据应用的前提。

激光以一定的发散角从卫星平台发射到地面并非一个点，而是一个有一定半径的圆形光斑，称为激光足印。对于基于地面探测器的星载激光测高仪在轨几何检校而言，激光足印中心(即，激光发射器指向地面点的确切位置)的确定是在轨几何检校的第一步，其精度高低直接影响到检校的精度。

目前，激光足印中心确定的方法不多，从公开的资料来看，只有美国GLAS卫星通过地面探测器接收卫星过境时的激光足印的实验取得了成功，实现了在轨几何检校。其激光发射器是以40HZ的频率在地球表面“照”出一个直径为70m的足印光斑，激光能量探测器只有0和1两个档位，“0”代表没有响应到激光能量，“1”代表响应到激光能量。通过求取显示为“1”的探测器能量阵列的形心来作为足印中心，得到中心点的地面坐标，实现发射器安装角的反算。

2016年5月30日，我国首颗载有激光测高仪的卫星——ZY-302(资源三号02星)在太原卫星发射中心成功发射升空，其激光发射器是以2HZ的频率发射激光脉冲，试验人员利用地面探测器成功捕获激光足印光斑，该探测器分为三个档位，每个档位采用8个能量等级，可以准确确定激光足印中心，顺利地完成了在轨几何检校。

首先，激光在大气中传播经过两次衰减才被星上激光接收器接收，而地面探测器捕获的足印是经过1次衰减得到；其次，激光从卫星平台发射至地面，还会受到风、云、雾、空中颗粒等的影响发生吸收、前向散射等现象；第三，由于探测器的一致性问题，使得地面探测器接收到的激光能量等级分布并不像实验室里呈现类高斯分布的特性。因此如何准确确定激光足印的中心位置，是本发明主要要解决的技术问题。

发明内容

针对基于地面探测器的激光足印中心确定需求，本发明提出了一种基于地面探测器的激光足印中心确定方法，可充分地消除由于现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题。

本发明另外的优点、目的和特性，一部分将在下面的说明书中得到阐明，而另一部分对于本领域的普通技术人员通过对下面的说明的考察将是明显的或从本发明的实施中学到。通过在文字的说明书和权利要求书及附图中特别地指出的结构可实现和获得本发明目的和优点。

本发明提供了一种基于地面探测器的足印中心确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：对地面探测器捕获的激光足印进行预处理；

S2：利用高斯曲面拟合法确定激光足印中心；其中，

步骤S1具体包括以下子步骤：

S11：计算激光足印在地面上的半径r；

S12：检测所述激光足印内的孤立点、缺失点和异常点；