一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统技术方案

本发明专利技术涉及一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，属于卫星总体设计领域；包括信息输入模块、数据总线、距离门限计算模块和距离门限执行模块；其中，信息输入模块包括卫星导航接收机和卫星控制分系统；距离门限计算模块包括计算单元、地形数据库和激光指向角存储单元；距离门限执行模块包括星载激光测距单元和门限设置单元；通过对激光测高仪在轨动态设置距离门限，使得激光测高仪工作在合理的测距区间，实现测量距离门限在轨动态调整。采用本发明专利技术提出的方法能够使得激光测距系统在轨适应不同地形的起伏特征，动态实时调整距离门限，提高数据的有效性，也能够节省系统的资源。

【技术实现步骤摘要】
一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统
本专利技术属于卫星总体设计领域，涉及一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统。
技术介绍
星载激光测距系统都需要根据卫星沿激光测距方向至地表的距离设置测量时间门限，以便于能够可靠的接收到回波信息。然而，卫星在轨工作期间并非完全在星下点工作，会随着测量任务改变卫星姿态，一般通过测摆实现；同时随着卫星的飞行，地表的形态也会发生变化。正是由于以上因素，会导致卫星沿激光测距方向至地表的距离发生改变。如果星载激光测距系统工作在固定的距离门限，将会使得距离门限需要设置较宽才能可靠的收到回波信息，因此下传的激光数据量较大，同时测距系统的硬件规模也随之增大。目前距离门限的设置方式为固定距离门。该方式将卫星轨道高度、地表起伏以及卫星侧摆能力等因素全部考虑，统一设置为一个较宽的距离门限，从而使得星载激光测距系统能够正常工作。但是，现有的这种激光测距系统距离门限设置方法存在以下问题：1)对测距系统硬件存储和运算能力要求相对较高—由于固定距离门限通常设置较宽，对硬件的存储能力要求较高，尤其是全波形测量体制和单光子测量体制的测距系统都需要硬件的运算能力提出较高的要求；2)无效激光测量数据多—因为距离门限较宽，在星上保留原始测量信息的情况下，需要将距离门限内所有的数据都下传才能保证数据不丢失。尤其是对于全波形测距体制和单光子测量体制的星载激光测距系统来说，较宽的距离门限会使得无效测量数据较多；3)测量易受云层干扰—距离门限设置较宽时，容易连同云层信息一起下传，尤其是云层较厚时，会对地表真实测距数据形成误判，加大用户解算和甄别有效信息的工作量。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，实现了测量距离门限在轨随地表起伏和卫星姿态变化动态调整，能够减少下传数据量、降低测距系统硬件资源消耗、提高测量数据有效性。本专利技术解决技术的方案是：一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，包括信息输入模块、数据总线、距离门限计算模块和距离门限执行模块；其中，信息输入模块包括卫星导航接收机和卫星控制分系统；距离门限计算模块包括计算单元、地形数据库和激光指向角存储单元；距离门限执行模块包括星载激光测距单元和门限设置单元；卫星导航接收机：接收导航信号，对导航信号进行解算，解算出卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻；将卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻通过数据总线发送至计算单元；卫星控制分系统：测量卫星在惯性系下的姿态信息，并将卫星在惯性系下的姿态信息通过数据总线发送至计算单元；地形数据库：预存全球高精度地形数据；并将全球高精度地形数据发送至计算单元；激光指向角存储单元：预存星载激光波束的指向角；并将激光波束指向角发送至计算单元；计算单元：接收卫星导航接收机传来的卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻；接收卫星控制分系统传来的卫星在惯性系下的姿态信息；接收地形数据库传来的全球高精度地形数据；接收激光指向角存储单元传来的激光波束指向角；计算出卫星沿激光指向至地表的距离L；并将卫星沿激光指向至地表的距离L通过数据总线发送至星载激光测距单元；门限设置单元：设定距离下限L1和距离上限L2；并将距离下限L1和距离上限L2发送至星载激光测距单元；星载激光测距单元：接收计算单元传来的卫星沿激光指向至地表的距离L；接收门限设置单元传来的距离下限L1和距离上限L2；根据卫星沿激光指向至地表的距离L、距离下限L1和距离上限L2制定卫星沿激光指向至地表的距离范围B；在卫星沿轨道过程中，实时保证卫星在范围B内，实现卫星对地表地形高精度测距。在上述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，当卫星导航接收机为单模接收模式时，卫星导航接收机根据需求接收GPS导航信号、GLONASS导航信号或北斗导航信号中的一种；当卫星导航接收机为多模接收模式时，卫星导航接收机根据需求接收GPS导航信号、GLONASS导航信号或北斗导航信号中的多种。在上述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，所述数据总线为1553B总线或CAN总线；数据总线为双向数据总线；实现对卫星时间数据、校时数据、UTC整秒时刻数据的传输。在上述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，卫星在惯性系下的姿态信息包括俯仰角偏航角θ、滚转角ψ。在上述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，所述高精度地形数据中每个地球表面网格对应的地形信息均与地球的经纬度对应，用于卫星在轨根据激光指向位置调用。在上述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，所述计算单元计算卫星沿激光指向至地表距离L的具体方法为：S1、根据卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻，获得卫星的位置矢量S2、根据卫星在惯性系下的姿态信息和激光波束指向角解算出激光在惯性系下的指向转换矩阵A；S3、根据全球高精度地形数据解算出地表激光光斑矢量根据地表激光光斑矢量卫星的位置矢量和指向转换矩阵A，建立星地几何关系式，计算卫星沿激光指向至地表距离L。在上述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，所述S3中，星地几何关系式为：在上述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，所述L1取值范围为小于等于15km；L2取值范围为小于等于15km。在上述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，所述B的范围为[L-L1，L+L2]。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术能够使星载测距系统在飞行中适应不同地形的起伏特征，同时也能够适应由于卫星姿态变化(俯仰或侧摆)引起的地表激光光斑位置的变化；本专利技术采用的基于轨道和姿态信息的激光测距系统动态距离门限设置方法，能够动态精确计算卫星沿激光指向至地表的距离信息；(2)本专利技术以该距离信息作为测距系统的距离门限基准，与传统的固定距离门限设置方法相比，能够极大程度的降低了测距系统的门限宽度，对测距系统硬件存储和运算能力要求相对较低。该方法尤其适用于多个角度、多个波束的星载激光测距系统；(3)本专利技术能够精确设置星载测距系统距离门限的上、下限数值——本专利技术采用的门限设置方法，能够根据使用场景精确设置距离门限的上、下限数值，缩减无效测量数据，一方面能减轻地面数据处理的解算压力，另一方面也能够减小云层对地表真实测距数据引起的误判。附图说明图1为本专利技术距离门限系统示意图；图2为本专利技术星地几何关系示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。本专利技术提供一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，通过对激光测高仪在轨动态设置距离门限，使得激光测高仪工作在合理的测距区间，实现测量距离门限在轨动态调整。采用本专利技术提出的方法能够使得激光测距系统在轨适应不同地形的起伏特征，动态实时调整距离门限，提高数据的有效性，也能够节省系统的资源。卫星在轨飞行过程中，沿激光指向对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，其特征在于：包括信息输入模块、数据总线、距离门限计算模块和距离门限执行模块；其中，信息输入模块包括卫星导航接收机和卫星控制分系统；距离门限计算模块包括计算单元、地形数据库和激光指向角存储单元；距离门限执行模块包括星载激光测距单元和门限设置单元；/n卫星导航接收机：接收导航信号，对导航信号进行解算，解算出卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻；将卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻通过数据总线发送至计算单元；/n卫星控制分系统：测量卫星在惯性系下的姿态信息，并将卫星在惯性系下的姿态信息通过数据总线发送至计算单元；/n地形数据库：预存全球高精度地形数据；并将全球高精度地形数据发送至计算单元；/n激光指向角存储单元：预存星载激光波束的指向角；并将激光波束指向角发送至计算单元；/n计算单元：接收卫星导航接收机传来的卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻；接收卫星控制分系统传来的卫星在惯性系下的姿态信息；接收地形数据库传来的全球高精度地形数据；接收激光指向角存储单元传来的激光波束指向角；计算出卫星沿激光指向至地表的距离L；并将卫星沿激光指向至地表的距离L通过数据总线发送至星载激光测距单元；/n门限设置单元：设定距离下限L1和距离上限L2；并将距离下限L1和距离上限L2发送至星载激光测距单元；/n星载激光测距单元：接收计算单元传来的卫星沿激光指向至地表的距离L；接收门限设置单元传来的距离下限L1和距离上限L2；根据卫星沿激光指向至地表的距离L、距离下限L1和距离上限L2制定卫星沿激光指向至地表的距离范围B；在卫星沿轨道过程中，实时保证卫星在范围B内，实现卫星对地表地形高精度测距。/n...

【技术特征摘要】
1.一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，其特征在于：包括信息输入模块、数据总线、距离门限计算模块和距离门限执行模块；其中，信息输入模块包括卫星导航接收机和卫星控制分系统；距离门限计算模块包括计算单元、地形数据库和激光指向角存储单元；距离门限执行模块包括星载激光测距单元和门限设置单元；
卫星导航接收机：接收导航信号，对导航信号进行解算，解算出卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻；将卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻通过数据总线发送至计算单元；
卫星控制分系统：测量卫星在惯性系下的姿态信息，并将卫星在惯性系下的姿态信息通过数据总线发送至计算单元；
地形数据库：预存全球高精度地形数据；并将全球高精度地形数据发送至计算单元；
激光指向角存储单元：预存星载激光波束的指向角；并将激光波束指向角发送至计算单元；
计算单元：接收卫星导航接收机传来的卫星在WGS84坐标系下的位置、速度、时刻；接收卫星控制分系统传来的卫星在惯性系下的姿态信息；接收地形数据库传来的全球高精度地形数据；接收激光指向角存储单元传来的激光波束指向角；计算出卫星沿激光指向至地表的距离L；并将卫星沿激光指向至地表的距离L通过数据总线发送至星载激光测距单元；
门限设置单元：设定距离下限L1和距离上限L2；并将距离下限L1和距离上限L2发送至星载激光测距单元；
星载激光测距单元：接收计算单元传来的卫星沿激光指向至地表的距离L；接收门限设置单元传来的距离下限L1和距离上限L2；根据卫星沿激光指向至地表的距离L、距离下限L1和距离上限L2制定卫星沿激光指向至地表的距离范围B；在卫星沿轨道过程中，实时保证卫星在范围B内，实现卫星对地表地形高精度测距。


2.根据权利要求1所述的一种星载激光测距系统动态距离门限设置系统，其特征在于：当卫星导航接收机为单模接收模式时，卫星导航接收机根据需求接收GPS导航信号、GLONASS导航信号或北斗导航信...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴君，国爱燕，徐驰，赵晨光，张新伟，张莎莎，任放，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11