一种基于地面探测器的激光足印中心确定方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Method for determining laser foot print center based on ground detector

The invention discloses a method for determining the ground detector footprint center is based on the method comprises the following steps: S1, the laser detector captures the ground foot India pretreatment; S2: fitting method to determine the laser footprint using Gauss surface. The invention of laser foot isolated points, India in the center of the missing point and abnormal point pretreatment, reduces the error due to the noise outside environment and detector is inconsistent, so that the laser footprint array recovery smooth shape; using footprints coverage of 85% of the energy in the Gauss surface fitting, center position from the surface, the laser footprint, as Grohe laser measuring on orbit geometric calibration of ground reference.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光测高仪在轨检校
，特别涉及一种基于地面探测器的激光足印中心确定方法。
技术介绍
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，是本专利技术主要要解决的技术问题。
技术实现思路
针对基于地面探测器的激光足印中心确定需求，本专利技术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。本专利技术另外的优点、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专利技术的实施中学到。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专利技术目的和优点。本专利技术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；S13：对检测出来的孤立点、缺失点和异常点进行校正；步骤S2具体包括以下子步骤：S21：提取所述激光足印内能量等级近似服从高斯分布的数据；S22：基于步骤S21提取的数据，计算激光足印中心点的坐标。优选的，所述步骤S11具体为：根据下式计算激光足印在地面上的半径r：其中，r为激光足印在地面上的半径，R1为足印中心与星下点之间的水平距离，R2为星下点与足印边缘的最小距离，H为卫星轨道高度，θ为激光发射器的发射角，δ为激光能量发散角。优选的，所述步骤S12具体包括：S121：在所述激光足印中选定一个3×3的窗口，设所述3×3的窗口的中心点(也称为窗口中心元素)的坐标为I5(x5,y5)，足印中心元素的坐标为P(xp,yp)，集合X为所述3×3的窗口内所有元素的集合，集合Y为除了窗口中心元素外的邻域内所有元素的集合，优选的，集合X和Y可表示为：X＝{Ii本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；S13：对检测出来的孤立点、缺失点和异常点进行校正；步骤S2具体包括以下子步骤：S21：提取所述激光足印内能量等级近似服从高斯分布的数据；S22：基于步骤S21提取的数据，计算激光足印中心点的坐标。

【技术特征摘要】
1.一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；S13：对检测出来的孤立点、缺失点和异常点进行校正；步骤S2具体包括以下子步骤：S21：提取所述激光足印内能量等级近似服从高斯分布的数据；S22：基于步骤S21提取的数据，计算激光足印中心点的坐标。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S11具体为：根据下式计算激光足印在地面上的半径r：R1=Htanθ,R2=Htan(θ-&d...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐新明，谢俊峰，莫凡，李品，付兴科，高小明，夏雪飞，唐洪钊，窦显辉，
申请(专利权)人：国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心，
类型：发明
国别省市：北京;11