本发明涉及星载激光在轨几何检校
技术领域：
，特别涉及一种基于地面激光光斑质心位置的星载激光在轨几何检校方法，应用于星载激光高精度几何定位。
背景技术：
：几何定位精度是衡量国产测绘卫星性能最重要的指标，其中高程精度由于难以提升显得更为重要。激光雷达(LightDetectionAndRanging，简称LiDAR)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光学立体测绘卫星，辅助航天摄影测量以提高卫星几何特别是高程方向的精度成为了一种重要的技术手段。我国在十三五期间即将发射的多颗测绘遥感卫星包括资源三号02星、高分七号、陆地生态系统碳监测卫星等均携带激光测高仪，这些卫星可以利用搭载的激光测高仪获取大量的全球高精度激光高程控制点，极大提高我国现有国产测绘遥感卫星的全球测图精度特别是高程精度，同时也为极地冰盖测绘、地理国情监测等应用提供重要的数据支撑。然而由于激光测高仪在测量过程中会产生测距、指向角、质心偏移、系统时钟同步等多项系统误差，可能会降低激光脚点作为测绘行业的高程控制的精度。以激光指向角误差影响为例，对于轨道高度为500km的测高系统，在地表入射角为1°时，30″的激光指向误差引起脚点定位水平误差75m，高度误差1.3m。目前全球唯一对地观测激光测高系统GLAS采用的在轨检校方法主要有地面探测器检校法、机载红外相机成像检校法、利用地形进行检校的方法。每种方法各有优缺点，地面探测器检校法成功率大，精度高，但需要较大的人力物力。机载红外相机成像检校法的精度较高，但因激光能量到达地表时衰减过低造成成像困难，同时卫星与飞机同步过境时间控制难度大，成功率低。利用地形进行检校的方法无需外业作业，需要依赖激光波形数据，但该方法精度较低。因此，分析星载激光测高仪几何定位的误差源及其对定位精度的影响，并在此基础上，针对国产星载激光测高仪的技术特点，研究并提出一种消除其测量过程中的系统误差的在轨几何检校方法，可用于我国星载激光测高仪在轨检校，对于提升我国测绘遥感卫星在全球测图应用潜力具有重要意义。技术实现要素：针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于地面激光光斑质心位置的星载激光在轨几何检校方法，该方法利用地面获取的激光光斑质心坐标，基于所构建的几何检校模型，标定激光测高仪存在的指向、测距等系统参数，具有精度高特点，同时可作为独立验证，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。本发明提出一种本发明另外的优点、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激光光斑质心位置的星载激光在轨几何检校方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，利用地面探测器确定地面激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的大地坐标，并将激光光斑质心坐标从ITRF地固坐标系中的大地坐标形式转换到ITRF坐标系中的空间直角坐标形式，其中，优选的，所述激光光斑质心在ITRF坐标系中的空间直角坐标为所述表示利用地面探测器的实测值计算的ITRF地固坐标系下的激光光斑质心坐标；步骤2，构建星载激光测高仪几何检校模型；所述星载激光测高仪几何检校模型为：其中,为基于所述星载激光测高仪几何检校模型计算得到的地面激光光斑质心在ITRF坐标系下的坐标，为卫星平台质心在ITRF坐标系下的坐标，为卫星本体坐标系到ICRF惯性坐标系的旋转矩阵，为ICRF惯性坐标系到ITRF地固坐标系的转换矩阵，为卫星本体坐标系中激光发射参考点相对于卫星质心间的位置偏移量；为激光光斑质心在以激光发射参考点为中心的卫星本体坐标系下的三维坐标，其中，ρ0(t)为激光测距值，ρ0(t)＝c*Δt/2，c是光速，Δt是激光脉冲的飞行时间，α为激光出光轴在本体坐标系XOY面投影与X轴正方向的夹角，β为激光出光轴与其在XOY面的投影线的夹角；步骤3，基于步骤1获得的激光光斑质心在ITRF坐标系中的空间直角坐标和步骤2构建的星载激光测高仪几何检校模型，进行星载激光参数检校。优选的，步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1，基于地面激光光斑范围内各个探测器响应的能量E和GPS测量的所述各个探测器在ITRF地固坐标系中的大地坐标,利用能量加权法计算激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的平面坐标(B0,L0)；具体的，根据下式计算激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的平面坐标(B0,L0)：其中，(B0,L0)为激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的平面坐标，Ei(i＝1,2,...n)为各个探测器响应的能量值，其中n为探测器的数量，Bi,Li分别为GPS测量的所述各个探测器在ITRF地固坐标系中的纬度和经度；步骤1.2，基于步骤1.1中的GPS测量的所述各个探测器在ITRF地固坐标系中的大地坐标(B,L,H)以及激光质心的平面坐标(B0,L0)，利用二次曲面拟合法来内插出激光质心的高程值H0；步骤1.3，将步骤1.1和步骤1.2计算得到激光光斑质心从ITRF坐标系中的大地坐标形式转换到ITRF坐标系中空间直角坐标形式。优选的，步骤2具体包括以下子步骤：步骤2.1，在卫星本体坐标系内将激光光斑质心坐标由激光发射参考点为中心转到以卫星质心为中心，得到激光光斑质心在以卫星质心为中心的本体坐标系中的三维坐标；具体的，在步骤2.1中，根据下式(2.1)在卫星本体坐标系内将激光光斑质心由激光发射参考点为中心转到以卫星质心为中心，并得到激光光斑质心在以卫星质心为中心的本体坐标系中三维坐标：其中，表示激光光斑质心在以卫星质心为中心的卫星本体坐标系中的三维坐标，为卫星本体坐标系中激光发射参考点相对于卫星质心间的位置偏移量；为激光光斑质心在以激光发射参考点为中心的卫星本体坐标系下的三维坐标，其中，ρ0(t)为激光测距值，ρ0(t)＝c*Δt/2，c是光速，Δt是激光脉冲的飞行时间，α为激光出光轴在本体坐标系XOY面投影与X轴正方向的夹角，β为激光出光轴与其在XOY面的投影线的夹角；步骤2.2，将通过步骤2.1得到的激光光斑质心在卫星本体坐标系中的三维坐标从卫星本体坐标系转到ICRF惯性坐标系，得到激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标；具体的，在步骤2.2中，根据下式(2.2)将激光光斑质心在卫星本体坐标系中的三维坐标从卫星本体(Body)坐标系转到ICRF惯性坐标系，得到激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标：其中，为激光光斑质心在以卫星质心为中心的本体坐标系中三维坐标，为卫星本体坐标系到ICRF惯性坐标系的旋转矩阵，为激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标；步骤2.3，将通过步骤2.2得到的激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标从ICRF惯性坐标系转到ITRF地固坐标系，得到激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的坐标；具体的，根据下式(2.3)将通过步骤2.2得到的激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标从ICRF惯性坐标系转到ITRF(TheInternationalTerrestrialReferenceFrame)地固坐标系，得到激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的坐标：其中，为激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标，为ICRF惯性坐标系到ITRF地固坐标系的转换矩阵，为激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的三维坐标；步骤2.4，基于通过步骤2.3得到的激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的三维坐标和卫星平台质心在ITRF坐标系下的坐标，构建星载激光测高仪几何检校模型；构建的星载激光测高仪几何检校模型如下式(2.4)所示：其中，为基于所述星载激光测高仪几何检校模型计算得到的地面激光光斑质心在ITRF坐标系下的坐标，为卫星平台质心在ITRF坐标系下的坐标，为激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的三维坐标；将步骤2.1、2.2、2.3中的公式(2.1)、(2.2)、(2.3)代入上式(2.4)，得到如下式所示的星载激光测高仪几何检校模型：优选的，步骤3具体包括以下子步骤：步骤3.1，利用通过步骤1得到的激光光斑质心在ITRF坐标系中的空间直角坐标和通过步骤2得到的激光光斑质心坐标，构建误差公式：其中，为通过步骤2得到的基于所述星载激光测高仪几何检校模型计算得到的地面激光光斑质心在ITRF坐标系下的坐标，为通过步骤1得到的激光光斑质心在ITRF坐标系中的空间直角坐标，Fx、Fy、Fz为利用步骤2所构建的几何检校模型计算的地面激光光斑质心坐标和步骤1实际测量的地面激光光斑质心坐标的差值；步骤3.2，通过对步骤3.1的误差公式进行线性化处理，来构建误差方程，所述误差方程如下式所示：用矩阵形式表示误差方程式为：V＝AX-L其中V＝[vxvyvz]TX＝[ΔαΔβΔρ]L＝[Fx0Fy0Fz0]T其中，Vx、Vy、Vz为激光光斑质心坐标的残差向量，Δα、Δβ、Δρ为指向角和测距近似值的改正数，分别是Fx,Fy,Fz对α，β，ρ的偏导系数，Fx0、Fy0、Fz0为利用步骤2所构建的几何检校模型计算的地面激光光斑质心坐标和步骤1实际测量的地面激光光斑质心坐标的差值；步骤3.3，根据最小二乘间接平差原理，将所述步骤3.2中误差方程转换为法方程：(ATPA)X＝ATPL其中，P为观测值的权阵；X＝[ΔαΔβΔρ]，L＝[Fx0Fy0Fz0]T；步骤3.4，根据步骤3.3建立的法方程，列出法方程解的表达式：X＝[ΔαΔβΔρ]＝(ATPA)-1ATPL；步骤3.5，基于步骤3.4列出的法方程求解公式，迭代求解指向角和测距近似值的改正数(Δα、Δβ，Δρ)。优选的，所述步骤3.5具体包括以下子步骤：步骤3.5.1，确定参数Δα、Δβ，Δρ的初值；步骤3.5.2，利用步骤3.4列出的法方程求解方程，求解X矩阵；步骤3.5.3，将通过步骤3.5.2得到的X矩阵代入步骤3.2的误差方程得到残差向量矩阵V；步骤3.5.4，判断所述残差向量矩阵V中的Vx,Vy,Vz是否大于预先设定的阈值，如果大于预先设定的阈值，则转到步骤3.5.5，否则转到步骤3.5.6；步骤3.5.5，将通过步骤3.5.2求解得到的Δα、Δβ，Δρ分别加到前一次求解的α、β、ρ来更新得到α′、β′、ρ′，并基于所述α′、β′、ρ′重复步骤3.5.2-3.5.4；步骤3.5.6，停止迭代，将当前计算得到的Δα、Δβ、Δρ分别累加到前一次计算得到的参数α、β、ρ作为最优参数估计。优选的，在步骤3.5.1中，Δα、Δβ，Δρ的初值可以均为0。优选的，在步骤3.5.4中，所述预先设定的阈值优选的设置为2e-10。优选的，在步骤3.5.5中，根据下式更新参数α、β、ρ：α′＝α+Δαβ′＝β+Δβρ′＝ρ+Δρ其中，α、β、ρ为前一次求解的参数值，作为本次求解X矩阵的已知值。α′、β′、ρ′为本次更新后的参数值，X＝[ΔαΔβΔρ]为本次求解值；在下一次迭代解算中，本次更新的指向和测距参数(α′、β′、ρ′)将赋值给α、β、ρ，作为下次求解X矩阵时的已知值。根据本发明的另一实施例，还提供了一种计算机程序，当由处理器执行所述计算机程序时，执行上述任一实施例所述的方法。根据本发明的另一实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当由处理器执行所述计算机程序时，执行上述任一实施例所述的方法。国内现有技术中还没有进行星载激光测高仪在轨几何检校的实践经验，通过本发明提出的基于地面激光光斑质心位置的星载激光在轨几何检校方法，给出几何检校的具体实施流程及解算过程，可以结合国内卫星的具体参数以及性能特点，通过最小二乘平差原理不断迭代测距、指向等待标定的参数，使光斑质心坐标三维方向的残差最小，从而获得标定参数结果，提高激光的几何定位精度。该方法可以实现高精度，高成功率的激光在轨检校，可广泛应用于国产星载激光测高仪的检校中。附图说明图1为根据本发明实施例的、基于地面激光光斑质心位置的星载激光在轨几何检校方法的流程图。具体实施方式下面对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。根据激光不同波长特点，激光测距一般采用1064nm波段来实现，该波段光源不可见。卫星在轨运行过程中，激光发射至地面时，一般采用布设地面能量探测器阵列或者其他设备来接收激光光斑范围内的信号，从而确定激光地面光斑质心，作为本发明的地面参考控制。如图1所示，本发明提出的基于地面激光光斑质心位置的星载激光在轨几何检校方法具体包括以下步骤：步骤1，利用地面探测器确定地面激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的大地坐标，并将激光光斑质心坐标从ITRF地固坐标系中的大地坐标形式转换到ITRF坐标系中的空间直角坐标形式。步骤1具体包括以下子步骤：步骤1.1，基于地面激光光斑范围内各个探测器响应的能量E和GPS测量的所述各个探测器在ITRF地固坐标系中的大地坐标,利用能量加权法计算激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的平面坐标(B0,L0)。具体的，根据下式计算激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的平面坐标(B0,L0)：其中，(B0,L0)为激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的平面坐标，Ei(i＝1,2,...n)为各个探测器响应的能量值，其中n为探测器的数量，Bi,Li分别为GPS测量的所述各个探测器在ITRF地固坐标系中的纬度和经度。ITRF参考系定义：原点在地球质心，Z轴指向地球的北极，X轴指向格林尼治子午线与地球赤道交点，Y轴按照右手法则确定。地球固定地面参考系常采用美国国防部制图局建立的WGS84(WorldGeodeticSystem84)。利用地面GPS-RTK直接量测的点坐标(B,L,H)，B为纬度，L为经度，H为大地高，即量测点到WGS84椭球面的高度。设在地面激光光斑区域内，共有n个探测器感应到了激光能量，这n个探测器响应的能量值各为Ei(i＝1,2,...n)，并利用GPS测量这n个探测器在ITRF地固坐标系中的位置，用经度、纬度、高程Bi,Li,Hi,(i＝1,2,...n)来表示。利用已获取的经纬度Bi,Li及能量数据Ei，采用能量加权的方法,求取光斑中能量值最大点(即光斑质心)对应的平面坐标(B0,L0)：步骤1.2，基于步骤1.1中的GPS测量的所述各个探测器在ITRF地固坐标系中的大地坐标(B,L,H)以及激光质心的平面坐标(B0,L0)，利用二次曲面拟合法来内插出激光质心的高程值H0。步骤1.2具体为：假设激光光斑区域内任意一点的高程满足曲面公式(1)：H＝a0+a1B+a2L+a3B2+a4BL+a5L2(1)其中，B，L，H为所述激光光斑区域内任意一点的经度、纬度、高程，a0～a5表示5次曲面拟合系数。将步骤1.1所述的激光光斑范围内的n个探测器的大地坐标Bi,Li,Hi代入上式中，写成矩阵的形式即为：将上式写为：H＝Aa，其中：由于待求参数a0～a5有6个，光斑区域内响应的探测器个数n至少大于或者等于6个。如果大于6个,用最小二乘法原理求得系数a：a＝(ATA)-1ATH将求得的方程系数a及激光光斑质心(能量值最高点)的平面坐标(B0,L0)代入上述曲面公式(1)中，便可以得到所述激光光斑质心的高程H0。步骤1.3，将步骤1.1和步骤1.2计算得到激光光斑质心从ITRF坐标系中的大地坐标形式转换到ITRF坐标系中空间直角坐标形式；为了与步骤2构建的模型解算的激光光斑质心坐标在同一坐标系下，需将经纬度(B,L)及大地高H转换到空间直角坐标(X,Y,Z)。转换公式如下所示：其中，(B0，L0，H0)为地面探测器确定的激光光斑质心在大地坐标系下的坐标，(X,Y,Z)为所述激光光斑质心的空间直角坐标，N为该点卯酉圈半径，e为参考椭球的第一偏心率。N的计算公式为：其中，a为参考椭球的长半轴，e为参考椭球的第一偏心率，B为地面探测器捕获的激光光斑质心的经度。将转换的激光光斑质心的空间直角坐标(X,Y,Z)记为作为步骤3中用于计算的地面控制数据，即：为利用地面探测器的实测值(即，地面探测器响应的能量中心值)计算的ITRF地固坐标系下的激光光斑质心坐标。下面给出具体例子说明。以激光光束打到地面的光斑为直径50米的圆，探测器布设间隔为10米，则可以感应到激光能量的探测器大约有5×5＝25个，记录这25个探测器的能量值Ei(i＝1…25)。激光能量呈高斯分布特点，光斑质心能量大，向周围扩散时逐步变弱。利用GPS在地面量测每个探测器在ITRF坐标系中的位置(Bi，Li，Hi)(i＝1…25)。利用步骤1.1公式，计算激光质心在ITRF地固坐标系中的平面坐标(B0,L0)为：将步骤1.1中量测的25个点值代入步骤1.2中曲面公式求解拟合系数，并将求得的拟合系数和步骤1.1中计算得到的(B0,L0)重新代入步骤1.2中的曲面公式中，得到H0。H0＝906.5利用步骤1.3公式，将ITRF地固坐标系的大地坐标形式(B，L，H)转成空间直角坐标形式(X，Y，Z)，得到ITRF地固坐标系下空间直角坐标步骤2，构建星载激光测高仪几何检校模型；步骤2具体包括以下子步骤：步骤2.1，在卫星本体坐标系内将激光光斑质心坐标由激光发射参考点为中心转到以卫星质心为中心，得到激光光斑质心在以卫星质心为中心的本体坐标系中的三维坐标；由于卫星的姿态和轨道均是以卫星质心为中心，而在卫星本体坐标系中是激光光斑质心坐标以激光发射参考点为中心计算的，需要利用两者在卫星本体系下的相对偏移量，都统一到卫星质心为中心的框架下。具体的，在步骤2.1中，根据下式(2.1)在卫星本体坐标系内将激光光斑质心由激光发射参考点为中心转到以卫星质心为中心，并得到激光光斑质心在以卫星质心为中心的本体坐标系中三维坐标：其中，表示激光光斑质心在以卫星质心为中心的卫星本体坐标系中的三维坐标，为卫星本体坐标系中激光发射参考点相对于卫星质心间的位置偏移量；为激光光斑质心在以激光发射参考点为中心的卫星本体坐标系下的三维坐标，其中，ρ0(t)为激光测距值，ρ0(t)＝c*Δt/2，c是光速，Δt是激光脉冲的飞行时间，α为激光出光轴在本体坐标系XOY面投影与X轴正方向的夹角，β为激光出光轴与其在XOY面的投影线的夹角。ρ0(t)为标量，乘以激光光轴在卫星本体坐标系中的出光方向，该矢量以激光出光参考点起始点，从而得到以激光出光参考点为中心的卫星本体坐标系下的三维坐标，即，在本发明的一个优选的具体实施例中，激光出光时间t可以通过从下传激光文件中获得，t＝239974169.0，Δt是激光脉冲的飞行时间，即，t时刻激光发出到接收所用的时间，对应的Δt＝3198000ns，ρ0(t)为激光测距值，ρ0(t)＝c*Δt/2，c是光速为300000000.0米/秒，ρ0(t)＝506590.66米；一般在地面测定，激光指向角α和β初值在实验室标定，代入后得到利用给出的激光指向测距值ρ0(t)和卫星本体坐标系中激光发射参考点相对于卫星质心间的位置偏移量计算得到：步骤2.2，将通过步骤2.1得到的激光光斑质心在卫星本体坐标系中的三维坐标从卫星本体(Body)坐标系转到ICRF(TheInternationalCelestialReferenceFrame)惯性坐标系，得到激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标：步骤2.1已经在卫星本体坐标系内将激光光斑质心从以激光发射参考点为中心转到以卫星质心为中心，其最终目标是将激光光斑质心坐标转到以ITRF地固坐标系下。由于卫星测量的姿态是卫星本体相对与ICRF惯性坐标系下的，需要用到ICRF惯性坐标系，因此将惯性坐标系作为中间过度坐标系来实现最终目标。ICRF坐标系的原点为地球质心，Z轴指向天球的北极，X轴指向春分点，Y轴按照右手法则确定。由于地球围绕太阳运动，春分点和北极点经常发生变化。因此，国际组织便规定以某个时刻的春分点和北极点为基准，建立协议空间固定惯性系统。一般采用国际大地测量协会和国际天文学联合会会议于1984年启用的协议天球坐标系J2000。具体的，在步骤2.2中，根据下式(2.2)将激光光斑质心在卫星本体坐标系中的三维坐标从卫星本体(Body)坐标系转到ICRF(TheInternationalCelestialReferenceFrame)惯性坐标系，得到激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标：其中，为激光光斑质心在以卫星质心为中心的本体坐标系中三维坐标，为卫星本体坐标系到ICRF惯性坐标系的旋转矩阵，为激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标。其中，在成像时刻t卫星本体坐标系到ICRF惯性坐标系的旋转矩阵为：其中，q1,q2,q3,q4分别表示t时刻卫星本体坐标系相对于ICRF惯性坐标系的姿态四元数。具体的，卫星姿态数据优选的用归一化四元数表示为：其中，q为一个卫星姿态值，q1、q2和q3表示归一化四元数的虚部，q4表示归一化四元数的实部，可由虚部计算得到，计算公式为以激光出光时刻t＝239974169.0为例，该时刻对应的在ICRF惯性系下的姿态四元数可由卫星下传辅助文件中查询得到。q1＝0.5330,q2＝0.7466,q3＝-0.15330；代入上式可以得到：利用和步骤2.1计算得到的计算得到：步骤2.3，将通过步骤2.2得到的激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标从ICRF惯性坐标系转到ITRF(TheInternationalTerrestrialReferenceFrame)地固坐标系，得到激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的坐标；ITRF参考系定义：原点在地球质心，Z轴指向地球的北极，X轴指向格林尼治子午线与地球赤道交点，Y轴按照右手法则确定。地球固定地面参考系常采用美国国防部制图局建立的WGS84(WorldGeodeticSystem84)。激光光斑质心坐标由于是在ITRF坐标系下测定的，在几何检校试验作为地面参考控制点，而本步骤实现了从激光光斑质心坐标从卫星本体坐标系到ITRF地固坐标系下的转换，从而建立了激光全链路几何模型，这样，利用已知的激光光斑质心坐标，则可以反过来标定出在此链路中出现的指向α、β与和测距ρ0(t)中存在的系统误差。具体的，根据下式(2.3)将通过步骤2.2得到的激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标从ICRF惯性坐标系转到ITRF(TheInternationalTerrestrialReferenceFrame)地固坐标系，得到激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的坐标：其中，为激光光斑质心在ICRF惯性坐标系中的三维坐标，为ICRF惯性坐标系到ITRF地固坐标系的转换矩阵，为激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的三维坐标。其中，为：其中，PN(t)为岁差和章动矩阵，R(t)为地球自转矩阵，W(t)为极移矩阵。具体形式参考IERS2000。根据本发明的优选实施例，利用和步骤2.2计算得到计算得到：步骤2.4，基于通过步骤2.3得到的激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的三维坐标和卫星平台质心在ITRF坐标系下的坐标，构建星载激光测高仪几何检校模型；构建的星载激光测高仪几何检校模型如下式(2.4)所示：其中，为基于所述星载激光测高仪几何检校模型计算得到的地面激光光斑质心在ITRF坐标系下的坐标，为卫星平台质心在ITRF坐标系下的坐标，为激光光斑质心在ITRF地固坐标系中的三维坐标。将步骤2.1、2.2、2.3中的公式(2.1)、(2.2)、(2.3)代入上式(2.4)，可将该公式展开如下，得到如下式所示的星载激光测高仪几何检校模型：其中,为基于所述星载激光测高仪几何检校模型计算得到的地面激光光斑质心在ITRF坐标系下的坐标，为卫星平台质心在ITRF坐标系下的坐标，为卫星本体坐标系到地固坐标系ITRF的转换矩阵，其中，为卫星本体坐标系到ICRF惯性坐标系的旋转矩阵，为ICRF惯性坐标系到ITRF地固坐标系的转换矩阵，为卫星本体坐标系中激光发射参考点相对于卫星质心间的位置偏移量，在实验室测量中获得，是已知值；为激光光斑质心在以激光发射参考点为中心的卫星本体坐标系下的三维坐标，其中，ρ0(t)为激光测距值，其中，ρ0(t)＝c*Δt/2，c是光速，Δt是激光脉冲的飞行时间；ρ0(t)由激光器测得，主要由时统、潮汐、大气延迟以及指向误差等因素引起，需要经过在轨检校对其进行标定。α为激光出光轴在本体坐标系XOY面投影与X轴正方向的夹角、β为激光出光轴与其在XOY面的投影线的夹角，由于卫星发射过程中的振动，α、β与实验室的标定会发生变化，需要经过在轨检校对其进行标定。需要说明的是，是基于计算出来的地面激光光斑质心在ITRF坐标系下的坐标。步骤1中实际测量的为已知值。理论上应该与步骤1中的相等。步骤3正是因为这个关系，才建立的误差方程。步骤2主要是建立激光从出光点到ITRF地固坐标系上位置的全链路几何模型，可以作为误差方程构建步骤的基础。步骤3，基于步骤1获得的激光光斑质心在ITRF坐标系中的空间直角坐标和步骤2构建的星载激光测高仪几何检校模型，进行星载激光参数检校；步骤1是根据实际测量的激光光斑质心坐标，作为地面控制数据；步骤2根据构建的模型，利用星上的姿态、轨道数据解算出来的激光光斑质心坐标。步骤3利用步骤1和步骤2的数据进行对比，从而完成星载激光指向和测距参数检校。步骤3具体包括以下子步骤：步骤3.1，利用通过步骤1得到的激光光斑质心在ITRF坐标系中的空间直角坐标(即，实际测量的地面激光光斑质心坐标)和通过步骤2得到的激光光斑质心坐标，构建误差公式：其中，为通过步骤2得到的基于所述星载激光测高仪几何检校模型计算得到的地面激光光斑质心在ITRF坐标系下的坐标，为通过步骤1得到的激光光斑质心在ITRF坐标系中的空间直角坐标，Fx、Fy、Fz为利用步骤2所构建的几何检校模型计算的地面激光光斑质心坐标和步骤1实际测量的地面激光光斑质心坐标的差值。基于摄影测量误差原理，理论上左右等是相等，F为0，但由于各参数存在误差，通过将等式的左边移到右边，便于利用最小二乘平差方法，通过不断迭代的方式，使F最小，从而获得最优参数估计。步骤3.2，通过对步骤3.1的误差公式进行线性化处理，来构建误差方程；由于步骤3.1误差公式中包含的可以表达为步骤2.4中构建的星载激光测高仪几何检校模型，它对于指向角α，β是非线性表达式，为了方便计算，需要将它用泰勒公式展开，取一次项得到线性表达式。一个激光光斑质心可以列出关于Fx、Fy、Fz的3个误差方程式，即，构建的误差方程为：用矩阵形式表示误差方程式为：V＝AX-L其中V＝[vxvyvz]TX＝[ΔαΔβΔρ]L＝[Fx0Fy0Fz0]T其中，Vx、Vy、Vz为激光光斑质心坐标的残差向量，Δα、Δβ、Δρ为指向角和测距近似值的改正数，分别是Fx,Fy,Fz对α，β，ρ的偏导系数，Fx0、Fy0、Fz0为利用步骤2所构建的几何检校模型计算的地面激光光斑质心坐标和步骤1实际测量的地面激光光斑质心坐标的差值，由步骤3.1计算得到。步骤3.3，根据最小二乘间接平差原理，将所述步骤3.2中误差方程转换为法方程：(ATPA)X＝ATPL其中，P为观测值的权阵，对所有地面实测的激光光斑质心坐标的观测值，一般认为都是等精度量测，即P为单位矩阵；X＝[ΔαΔβΔρ]，L＝[Fx0Fy0Fz0]T，其中，Δα、Δβ、Δρ为指向角和测距近似值的改正数，是Fx,Fy,Fz分别对α，β，ρ的偏导系数，Fx0、Fy0、Fz0为利用步骤2所构建的几何检校模型计算的地面激光光斑质心坐标和步骤1实际测量的地面激光光斑质心坐标的差值，由步骤3.1公式可以求得。步骤3.4，根据步骤3.3建立的法方程，列出法方程解的表达式。根据步骤3.3中构建的法方程，得到法方程的解为：X＝[ΔαΔβΔρ]＝(ATPA)-1ATPL，其中，Δα、Δβ、Δρ为指向角和测距近似值的改正数(Δα、Δβ为指向角的改正数，Δρ为测距参数的改正数)。步骤3.5，基于步骤3.4列出的法方程求解公式，迭代求解指向角和测距近似值的改正数(Δα、Δβ，Δρ)；步骤3.5具体包括以下子步骤：步骤3.5.1确定参数Δα、Δβ，Δρ的初值；假设实验室标定的指向参数α、β准确，ρ＝c*Δt也准确，则设定矩阵X＝[ΔαΔβΔρ]，初值均为0；步骤3.5.2，利用步骤3.4列出的法方程求解方程，求解X矩阵；其中，第一次解算中，将实验室标定的指向参数α、β的值视为初值代入步骤3.4的法方程求解公式中，求解X矩阵；步骤3.5.3，将通过步骤3.5.2得到的X矩阵代入步骤3.2的误差方程得到残差向量矩阵V；步骤3.5.4，判断所述残差向量矩阵V中的Vx,Vy,Vz是否大于预先设定的阈值，如果大于预先设定的阈值，则转到步骤3.5.5，否则转到步骤3.5.6；步骤3.5.5，将通过步骤3.5.2求解得到的Δα、Δβ，Δρ分别加到前一次求解的α、β、ρ来更新得到α′、β′、ρ′，并基于所述α′、β′、ρ′重复步骤3.5.2-3.5.4；其中，根据下式更新参数α、β、ρ：α′＝α+Δαβ′＝β+Δβρ′＝ρ+Δρ其中，α、β、ρ为前一次求解的参数值，作为本次求解X矩阵的已知值。α′、β′、ρ′为本次更新后的参数值，X＝[ΔαΔβΔρ]为本次求解值；在下一次迭代解算中，本次更新的指向和测距参数(α′、β′、ρ′)将赋值给α、β、ρ，作为下次求解X矩阵时的已知值。α＝α′β＝β′ρ＝ρ′步骤3.5.6，停止迭代，将当前计算得到的Δα、Δβ、Δρ分别累加到前一次计算得到的参数α、β、ρ作为最优参数估计。下面结合具体例子进行说明。第一次迭代计算时，X的初值为[0，0,0]，直接代入步骤3.1的误差公式中，计算得到L＝[-215.345,-5186.125,4989.356],经过第一次计算后的结果x＝[ΔαΔβΔρ]＝[0.0119,-4.176e-005,0.0186],将改正数累加到前一次得到的指向角α，β、ρ(迭代的第一次初值为实验室测量值，从第二次开始，α、β、ρ为前一次求得的Δα、Δβ、Δρ更新的指向、测距参数)，得到指向、测距参数的新值(α′，β′，ρ′)。将得到参数新值(α′，β′，ρ′)赋值给α、β、ρ，作为本次求解X矩阵的已知值，代入步骤3.1误差公式计算；重新计算L＝[-127.214,-68.530,-58.312],继续计算指向、测距参数的改正数，依次迭代。将求得的参数改正数与规定的限差比较，若小于限差，则迭代结束。否则用新的近似值重复计算，直到满足要求为止。设定改正数限差为2e-10,本次实例迭代4次后终止退出，各次参数改正数如下表所示。表1检校参数每次迭代改正数检校参数改正数ΔαΔβΔρ第一次迭代0.0119-4.176e-0050.0186第二次迭代-0.00053-5.940e-0080.00047第三次迭代3.47e-008-1.339e-0106.052e-008第四次迭代-2.51e-0135.079e-0161.762e-010重复步骤3.5.2～3.5.5，以实验室测定的指向参数(α，β)为初值，把解算得到的激光器的指向角和测距改正数(Δα、Δβ、Δρ)分别累加前一次参数(α，β，ρ)，得到最终标定结果如下表所示。表2检校参数本发明还提出了一种计算机程序，当由处理器执行所述计算机程序时，执行上述任一实施例所述的方法。本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当由处理器执行所述计算机程序时，执行上述任一任一实施例所述的方法。以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页1 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