長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)，包括衛(wèi)星平臺、反射鏡和激光雷達(dá)；所述激光雷達(dá)和所述反射鏡均設(shè)置在所述衛(wèi)星平臺上。所述衛(wèi)星平臺包括衛(wèi)星平臺本體、第一連接桿以及第二連接桿；所述第一連接桿的一端和所述第二連接桿一端分別連接所述衛(wèi)星平臺的兩側(cè)。所述激光雷達(dá)包括激光發(fā)射器、第一激光信號接收器、第二激光信號接收器以及第三激光信號接收器；所述激光發(fā)射器設(shè)置在所述衛(wèi)星平臺內(nèi)，所述激光發(fā)射器發(fā)射的激光脈沖通過反射鏡反射向地面。本發(fā)明還提供了一種無控制點(diǎn)衛(wèi)星對地高精度定位方法。本發(fā)明能夠滿足測繪、攝影等具有高精度對地定位需求的衛(wèi)星使用要求。
【專利說明】長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙感技術(shù)，具體地，涉及一種長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星 精確定位系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取的信息可分為三類：定性、定位和定量。在上述三類信息中，"定 位"信息直接反映了遙感信息與目標(biāo)之間的空間對應(yīng)關(guān)系，是遙感定性和定量分析的重要 前提與基礎(chǔ)。目前，國外衛(wèi)星在有控制點(diǎn)條件下，對地定位精度能達(dá)到米量級，無控制點(diǎn)時 對地定位精度能達(dá)到十米、百米的量級，國內(nèi)衛(wèi)星對地定位水平與美國、法國、日本等還有 較大差距。
[0003] 當(dāng)今世界上不發(fā)達(dá)地區(qū)大約90%屬于無圖區(qū)，無地面控制點(diǎn)衛(wèi)星對地定位精度很 大程度上取決于光軸指向精度，而光軸指向精度與衛(wèi)星軌道位置確定、飛行姿態(tài)確定、結(jié)構(gòu) 和機(jī)構(gòu)的熱變形以及衛(wèi)星飛行過程中不可預(yù)知的抖動相關(guān)聯(lián)。受到當(dāng)前硬件、工藝等發(fā)展 限制，僅通過提高衛(wèi)星平臺的定軌、定姿精度等來修正光軸指向偏差已經(jīng)難以滿足高精度 對地定位要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，為了提高衛(wèi)星對地定位精度，促進(jìn)高精度衛(wèi)星測繪、攝影 等的領(lǐng)域發(fā)展，本發(fā)明基于激光雷達(dá)精確測距的優(yōu)勢，提出了一種長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無 控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供的一種長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位 系統(tǒng)，包括衛(wèi)星平臺、反射鏡和激光雷達(dá)；所述激光雷達(dá)和所述反射鏡均設(shè)置在所述衛(wèi)星平 臺上。
[0006] 優(yōu)選地，所述衛(wèi)星平臺包括衛(wèi)星平臺本體、第一連接桿以及第二連接桿；所述第一 連接桿的一端和所述第二連接桿的一端分別連接所述衛(wèi)星平臺本體的兩側(cè)。
[0007] 優(yōu)選地，所述激光雷達(dá)包括激光發(fā)射器、第一激光信號接收器、第二激光信號接收 器以及第三激光信號接收器；所述激光發(fā)射器設(shè)置在所述衛(wèi)星平臺本體內(nèi)，所述激光發(fā)射 器發(fā)射的激光脈沖通過反射鏡反射向地面；所述第一激光信號接收器、第二激光信號接收 器分別設(shè)置在所述第一連接桿的另一端和所述第二連接桿的另一端；所述第三激光信號接 收器設(shè)置在所述衛(wèi)星平臺本體上；所述第一激光信號接收器、所述第二激光信號接收器以 及所述第三激光信號接收器的接收方向均指向地面。
[0008] 優(yōu)選地，所述反射鏡采用電驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)反射鏡。
[0009] 優(yōu)選地，所述激光發(fā)射器采用Nd:YAG固體激光器，能夠發(fā)射1064nm和532nm兩種 波長。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一連接桿以及第二連接桿采用長度為1米至100米的剛性桿。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面提供的長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系 統(tǒng)的衛(wèi)星精確定位方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟1 :由激光發(fā)射器對地面或低空探測目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，并同時記錄發(fā)射時 間t0;
[0013] 步驟2 :第一激光信號接收器Di、第二激光信號接收器仏以及第三激光信號接收器 D3分別接收從地面反射點(diǎn)P返回的激光信號，并分別記錄接收到信號的時間V t2、t3 ;
[0014] 步驟3 :分別計(jì)算第一激光信號接收器01、第二激光信號接收器D2以及第三激光信 號接收器D 3到地面反射點(diǎn)的距離Γι、r2和r3 ;
[0015] 步驟4 :通過北斗或GPS定位獲得激光發(fā)射時刻衛(wèi)星的位置坐標(biāo)，根據(jù)三個激 光信號接收器的安裝矩陣，計(jì)算得到三個激光信號接收器在激光發(fā)射時刻的位置坐標(biāo)

【權(quán)利要求】
1. 一種長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)，其特征在于，包括衛(wèi)星平臺、 反射鏡和激光雷達(dá)；所述激光雷達(dá)和所述反射鏡均設(shè)置在所述衛(wèi)星平臺上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)，其特征在 于，所述衛(wèi)星平臺包括衛(wèi)星平臺本體、第一連接桿以及第二連接桿；所述第一連接桿的一端 和所述第二連接桿的一端分別連接所述衛(wèi)星平臺本體的兩側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)，其特征在 于，所述激光雷達(dá)包括激光發(fā)射器、第一激光信號接收器、第二激光信號接收器以及第三激 光信號接收器；所述激光發(fā)射器設(shè)置在所述衛(wèi)星平臺本體內(nèi)，所述激光發(fā)射器發(fā)射的激光 脈沖通過反射鏡反射向地面；所述第一激光信號接收器、第二激光信號接收器分別設(shè)置在 所述第一連接桿的另一端和所述第二連接桿的另一端；所述第三激光信號接收器設(shè)置在所 述衛(wèi)星平臺本體上；所述第一激光信號接收器、所述第二激光信號接收器以及所述第三激 光信號接收器的接收方向均指向地面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)，其 特征在于，所述反射鏡采用電驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)反射鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)，其特征在 于，所述激光發(fā)射器米用Nd:YAG固體激光器，能夠發(fā)射1064nm和532nm兩種波長。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定位系統(tǒng)，其特征在 于，所述第一連接桿以及第二連接桿采用長度為1米至100米的剛性桿。
7. -種使用權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的長基線激光測距實(shí)現(xiàn)無控制點(diǎn)衛(wèi)星精確定 位系統(tǒng)的衛(wèi)星精確定位方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1 :由激光發(fā)射器對地面或低空探測目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，并同時記錄發(fā)射時間h ; 步驟2 :第一激光信號接收器Di、第二激光信號接收器D2以及第三激光信號接收器D3 分別接收從地面反射點(diǎn)P返回的激光信號，并分別記錄接收到信號的時間h、t2、t3 ; 步驟3 :分別計(jì)算第一激光信號接收器01、第二激光信號接收器仏以及第三激光信號接 收器D3到地面反射點(diǎn)的距離rp r2和r3 ; 步驟4 :通過北斗或GPS定位獲得激光發(fā)射時刻衛(wèi)星的位置坐標(biāo)，根據(jù)三個激光信號接 收器的安裝矩陣，計(jì)算得到三個激光信號接收器在激光發(fā)射時刻的位置坐標(biāo)Di (Xl，yi，Zl)、 (Χ2，5^2，Z2)、D3 (X3，5? Z3); 步驟5 :將位置坐標(biāo)Di (Xp yp z)、D2 (x2, y2, z2)、D3 (x3, y3, z3)和rWs代入方程組，即 可得到地面反射點(diǎn)的三維坐標(biāo)P (x，y，z)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星精確定位方法，其特征在于，所述步驟3采用
c計(jì)算ri、r2和r 3,其中c為光速，ri為激光信號接收器到地面反射點(diǎn)的距離， h為激光信號接收器收到信號的時間，h為激光脈沖發(fā)射時間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星精確定位方法，其特征在于，所述步驟5中方程組為
【文檔編號】G01S17/48GK104251994SQ201410461971
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】周文龍, 廖鶴, 徐毅, 李文峰, 周世宏, 馬超, 杜洋, 李鑫, 祝竺, 鄭新波 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所