GB/T 42647-2023 星載激光測高儀在軌場地定標(biāo)方法（正式版）

ICS49.020CCSV75星載激光測高儀在軌場地定標(biāo)方法2023-05-23發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T42647—2023 I Ⅱ 4一般要求 4.1激光定標(biāo)場 4.2測量儀器設(shè)備 24.3測量環(huán)境 2 5.1地面測量數(shù)據(jù) 5.2大氣參數(shù) 5.3星載激光測高儀數(shù)據(jù) 6技術(shù)流程與計算方法 6.1技術(shù)流程 36.2計算方法 7.1分析步驟 67.2不確定度影響因素 67.3不確定度計算式 IGB/T42647—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國宇航技術(shù)及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC425)提出并歸口。本文件起草單位：中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、中國四維測繪技術(shù)有限公司、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新本文件主要起草人：韓啟金、馬靈玲、龍小祥、黎荊梅、李松、閔祥軍、徐兆鵬、李大成、王玉鵬、ⅡGB/T42647—2023在軌定標(biāo)是保證星載激光測高儀測高產(chǎn)品質(zhì)量和精度的前提和基礎(chǔ)。為保障陸地觀測衛(wèi)星激光測高儀在軌場地定標(biāo)方法的規(guī)范性和可靠性，制定本文件，從而實現(xiàn)對在軌的星載激光測高儀測距誤差和指向角誤差高精度定標(biāo)，為星載激光測高儀地面處理系統(tǒng)的激光數(shù)據(jù)處理提供可靠的定標(biāo)參數(shù)，提升激光測高數(shù)據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量和精度。1星載激光測高儀在軌場地定標(biāo)方法2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T18314全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范GB22021國家大地測量基本技術(shù)規(guī)定GB/T34509.2—2017陸地觀測衛(wèi)星光學(xué)遙感器在軌場地輻射定標(biāo)方法第2部分：熱紅外GB22021界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。用于校正星載激光測高儀指向角和測距值系統(tǒng)誤差的定標(biāo)試驗場地。激光定標(biāo)場場地要求如下：a)場地邊長應(yīng)大于激光足印直徑與激光測高儀點位預(yù)報誤差范圍之和；c)場地開闊，且周邊無影響激光地面探測器工作的障礙物；2GB/T42647—2023氣象條件要求如下：a)晴空日一般不少于90日/年；配套設(shè)施條件要求如下：a)激光定標(biāo)場周邊具備獲取大氣參數(shù)的條件；b)場地環(huán)境滿足野外試驗的工作條件要求。4.2測量儀器設(shè)備測量儀器種類如下：a)激光地面探測器；b)激光角反射器；c)大氣參數(shù)測量儀器；d)定位測量儀器。測量儀器要求如下：a)激光地面探測器波長響應(yīng)范圍應(yīng)涵蓋星載激光測高儀工作波段；b)激光地面探測器能量響應(yīng)范圍應(yīng)覆蓋星載激光測高儀地面能量密度的分布區(qū)間；c)激光角反射器尺寸應(yīng)與星載激光測高儀能量密度匹配；d)定位測量儀器符合GB/T18314的規(guī)定；e)測量儀器在使用前應(yīng)進行標(biāo)定，在有條件的情況下應(yīng)進行現(xiàn)場標(biāo)定；f)測量儀器使用按照儀器操作手冊執(zhí)行。4.3測量環(huán)境測量環(huán)境要求如下：b)風(fēng)力小于4級；5定標(biāo)數(shù)據(jù)獲取地面測量數(shù)據(jù)如下：a)激光地面探測器響應(yīng)數(shù)量；b)激光地面探測器響應(yīng)時刻的世界協(xié)調(diào)時；c)激光地面探測器響應(yīng)的能量級別；3GB/T42647—2023d)利用定位測量儀器測量激光地面探測器、激光角反射器的位置信息。大氣參數(shù)數(shù)據(jù)如下：b)近地表大氣氣壓。實驗室定標(biāo)數(shù)據(jù)包括：a)星載激光測高儀初始激光束指向角參數(shù)；b)星載激光測高儀實驗室測距值定標(biāo)參數(shù)。5.3.2星載激光測高儀觀測數(shù)據(jù)星載激光測高儀觀測數(shù)據(jù)包括：b)星載激光測高儀過頂激光定標(biāo)場的激光束時刻信息；c)星載激光測高儀過頂激光定標(biāo)場的激光束測距值。6技術(shù)流程與計算方法6.1技術(shù)流程標(biāo)模型計算出激光測高儀的指向角和測距值定標(biāo)參數(shù)。星載激光測高儀在軌場地定標(biāo)方法流程見圖1,包括以下流程。b)激光定標(biāo)場選取。根據(jù)4.1場地要求，從預(yù)估的多個激光足印位置中選取合適的場地作為定范圍內(nèi)的全部地面探測器和激光角反射器的位置。記錄有響應(yīng)的激光地面探測器e)星載激光測高儀地面足印質(zhì)心坐標(biāo)值計算。利用激光探測器陣列捕獲的激光足印信息，計算f)星載激光測高儀測距值計算。利用過境期間的星載激光測高儀觀測數(shù)據(jù)，計算控制點位對應(yīng)的激光測距值。g)激光測高儀測距和指向角定標(biāo)參數(shù)計算。結(jié)合控制點位信息、改正后的激光測距值以及激光4GB/T42647—2023發(fā)射時刻的精密軌道及精密姿態(tài)，計算激光測高儀測距和指向角定標(biāo)參數(shù)。星載激光測高儀足印位置預(yù)測星載激光測高儀足印位置預(yù)測激光定標(biāo)場選取地面探測結(jié)果記錄激光測高儀地6足印質(zhì)心坐標(biāo)計算激光測距值計算大氣參數(shù)圖1星載激光測高儀在軌場地定標(biāo)方法流程6.2計算方法6.2.1星載激光測高儀地面足印質(zhì)心坐標(biāo)值計算利用星載激光測高儀地面激光足印范圍及周邊區(qū)域布設(shè)的激光探測器陣列，獲取星載激光測高儀發(fā)射的激光脈沖到達地面的時刻以及激光足印能量分布，使用能級平方加權(quán)重心法計算激光足印質(zhì)心坐標(biāo)，確定激光足印質(zhì)心位置。用能級平方加權(quán)重心法計算激光足印質(zhì)心坐標(biāo)，按公式(1)計算。x',y′——能級平方加權(quán)重心法求得的激光足印質(zhì)心位置，單位為米(m);(x,y)——探測器在投影坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)位置，單位為米(m);I(x,y)——在平面坐標(biāo)(x,y)位置處探測器的能量級別。6.2.2星載激光測高儀測距值計算通過計算星載激光測高儀發(fā)射和接收激光脈沖信號的時間差值與所在介質(zhì)中的光速相乘得到激光測距值，按公式(2)計算。5GB/T42647—2023…………式中：p——激光測距值，單位為米(m);△t——激光渡越時間，即△t=T,-T。,其中T,為激光接收時間，T。為激光發(fā)射時間，單位為秒對光程大氣延遲引起的測距誤差進行校正，星載激光測高儀的實際測距值按公式(3)計算。P1=p—△patm (3)式中：△pam——光程大氣延遲作用引起的測距誤差值，根據(jù)同步測量的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)，由大氣延遲改正模型計算，單位為米(m)。6.2.3激光測高儀測距和指向角定標(biāo)參數(shù)計算星載激光測高儀飛行過程中，衛(wèi)星整星的質(zhì)心為原點O,X軸指向衛(wèi)星飛行方向，Z軸指向地心方遵循右手規(guī)則，則星載激光測高儀地面足印點在地固坐標(biāo)系下的坐標(biāo)滿足公式(4):——星載激光測高儀地面足印質(zhì)心在地固坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；——衛(wèi)星質(zhì)心在地固坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；RITRF——空間慣性坐標(biāo)系到地固坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；RbRF——衛(wèi)星本體坐標(biāo)系到空間慣性坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；星載激光測高儀發(fā)射參考點與衛(wèi)星質(zhì)心在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的固定偏移量；△p——星載激光測高儀的測距定標(biāo)參數(shù)，單位為米(m);α——星載激光測高儀的激光指向在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系XOZ面的投影與Z軸夾角，單位β——星載激光測高儀的激光指向在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系YOZ面的投影與Z軸夾角，單位θ——星載激光測高儀的激光指向方向與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系Z軸夾角，單位為度(°),θ=arctan[√(tanα)2+(tanβ)2],激光指向示意圖見圖2。6GB/T42647—2023根據(jù)公式(4)的星載激光測高儀嚴(yán)密幾何模型，將計效激光足印數(shù)量多于1時，可采用平差方法計算定標(biāo)參數(shù)。7定標(biāo)不確定度分析不確定度分析步驟如下：a)確定激光測高儀系統(tǒng)定標(biāo)的影響因素；b)列出各影響因素的誤差組成；c)測量或估算每個影響因素對激光指向角和測距值的誤差；不確定度影響因素如下：a)