專利名稱：星載激光高度計(jì)在軌月球高程探測(cè)不確定度評(píng)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于星載激光高度計(jì)在軌月球高程探測(cè)不確定度評(píng)定的方法，尤其涉及CE-I號(hào)攜帶的激光高度計(jì)在軌月球高程探測(cè)不確定度評(píng)定的方法。
背景技術(shù)：
“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星的成功發(fā)射和運(yùn)行是我國(guó)第一次探測(cè)距離地球40萬(wàn)千米范圍內(nèi)的月球空間環(huán)境。地-月空間環(huán)境將是我國(guó)未來(lái)開展空間活動(dòng)的重要場(chǎng)所，而在這一空間區(qū)域中，存在著宇宙射線、太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射等的強(qiáng)烈活動(dòng)，常伴隨著巨大的空 間輻射能量和高能粒子的突然釋放。正是由于“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星工作在上述比較惡劣的空間環(huán)境中，空間環(huán)境中不確定的熱環(huán)境、電磁環(huán)境，以及空間高能粒子的轟擊和中子輻照，特別是隨時(shí)可能發(fā)生的空間電磁風(fēng)暴等不僅會(huì)影響探月衛(wèi)星的控制精度，而且會(huì)對(duì)探月衛(wèi)星上攜帶的各種有效載荷(月球觀測(cè)儀器)帶來(lái)明顯的測(cè)量誤差，降低測(cè)量的可靠性和測(cè)量精度，因此有必要對(duì)月球探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析和不確定度研究。鑒于月球衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)誤差分析的重要性，國(guó)內(nèi)外各類航天單位都對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究。北京航天飛行控制中心研發(fā)了實(shí)時(shí)誤差分析系統(tǒng)軟件，綜合利用各類測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算軌道，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星的精確測(cè)控。中科院上海天文臺(tái)等利用仿真模擬的方法對(duì)影響月球衛(wèi)星定軌精度的誤差源進(jìn)行了分析，重點(diǎn)考察了月球重力場(chǎng)誤差、觀測(cè)量精度、初始時(shí)刻的先驗(yàn)軌道誤差以及觀測(cè)資料類型等對(duì)環(huán)月飛行器定軌精度的影響。這些研究主要如何利用各種測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)月球衛(wèi)星的飛行軌道進(jìn)行控制和支持，而對(duì)于在軌測(cè)量數(shù)據(jù)本身存在的誤差及其再利用技術(shù)，尚未進(jìn)行系統(tǒng)深入研究。東南大學(xué)、合肥自動(dòng)化研究所、天津大學(xué)等單位針對(duì)民用工業(yè)儀表以及航海等領(lǐng)域的測(cè)量誤差分析以及不確定度的建模與理論進(jìn)行了大量的研究工作。目前，不確定度問(wèn)題是數(shù)據(jù)處理與誤差分析領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，美國(guó)國(guó)家計(jì)量研究院(NIST)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量協(xié)會(huì)(EUR0MET)都分別提出了多種不確定度計(jì)算方法和建議標(biāo)準(zhǔn)。激光高度計(jì)是我國(guó)嫦娥一號(hào)攜帶的科學(xué)探測(cè)儀器之一，本發(fā)明是針對(duì)激光高度計(jì)對(duì)月表地形高程探測(cè)進(jìn)行不確定度評(píng)定。對(duì)月球激光高度計(jì)探測(cè)數(shù)據(jù)的誤差分析與不確定評(píng)定，對(duì)于制作高精度月球數(shù)字高程圖提供一定的參考依據(jù)，為人類探索了解月球準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)月球更多的科學(xué)研究及對(duì)月球資源的開發(fā)利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用于星載激光高度計(jì)在軌月球高程探測(cè)不確定度評(píng)定方法，它是在激光高度計(jì)月球表面高程探測(cè)全月球區(qū)域篩選出地形變化平坦的區(qū)域；在篩選出的區(qū)域中進(jìn)行偽高程的剔除、區(qū)域高程均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算；分析影響高程的各種不確定影響因素；結(jié)合各影響因素利用《蒙特卡洛法評(píng)定測(cè)量不確定度》規(guī)范進(jìn)行激光高度計(jì)在軌高程探測(cè)不確定度評(píng)定，并給出評(píng)定結(jié)果。該方法能夠?qū)π禽d激光高度計(jì)在軌月球表面地形高程探測(cè)按所選區(qū)域給出高程探測(cè)不確定度，為進(jìn)一步分析激光高度計(jì)測(cè)量誤差的來(lái)源提供依據(jù)，為制作高精度月球數(shù)字高程圖的提供參考和依據(jù)，為探月衛(wèi)星攜帶的各種有效載荷的設(shè)計(jì)在精度要求上提供理論指導(dǎo)和參考數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于星載激光高度計(jì)在軌月球高程探測(cè)不確定度評(píng)定的方法，包括如下步驟本發(fā)明的數(shù)據(jù)取自我國(guó)嫦娥一 號(hào)衛(wèi)星攜帶的激光高度計(jì)的在軌高程探測(cè)數(shù)據(jù)，我國(guó)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的軌跡是極圓月軌道，軌跡為一繞月圓周。搭載的激光高度計(jì)每隔一秒鐘采樣一個(gè)高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，激光高度計(jì)在嫦娥一號(hào)探月期間的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)一共1400軌，形成1400個(gè)軌道文件，高程信息覆蓋全月球。所述軌道文件信息包括激光高度計(jì)的高程采樣時(shí)間、采樣點(diǎn)的月球經(jīng)度、緯度、高程數(shù)據(jù)信息。步驟I :從激光高度計(jì)全月球高程探測(cè)區(qū)域中選出月球表面地形變化平坦的區(qū)域；步驟2 :在選出的區(qū)域中，進(jìn)行偽高程的剔除、區(qū)域高程均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算，具體方法為步驟2. I計(jì)算所選區(qū)域中各點(diǎn)月表地形高程值均值Λ，石=i，N為所選區(qū)域中所有高程點(diǎn)數(shù)；
1=1步驟2. 2計(jì)算所選區(qū)域中各高程點(diǎn)殘差值Vi,V1 =H1-Jl步驟2. 3計(jì)算所選區(qū)域高程標(biāo)準(zhǔn)差
I~ ~N~7σ= -Evi2步驟2. 4由步驟2. 1、22、2. 3計(jì)算得到的結(jié)果，進(jìn)行偽高程的剔除，方法為將殘差絕對(duì)值大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差即|Vi| >3σ的高程測(cè)量點(diǎn)作為偽高程點(diǎn)從所選區(qū)域中剔除。若無(wú)滿足此條件的高程殘差點(diǎn)，則保存當(dāng)前的所有高程測(cè)量點(diǎn)的高程值(保存當(dāng)前計(jì)算的所選區(qū)域的高程均值K和區(qū)域高程標(biāo)準(zhǔn)差σ，轉(zhuǎn)步驟3 ;否則重復(fù)步驟2. 1,2. 1,2. 3，計(jì)算所選區(qū)域中剩余高程點(diǎn)的均值、殘差、及標(biāo)準(zhǔn)差，再次重復(fù)步驟2. 4，進(jìn)行所選區(qū)域中剩余高程點(diǎn)中偽高程的剔除。步驟3 :分析列舉高程測(cè)量值的不確定度因素來(lái)源，主要由以下幾部分組成高程測(cè)量重復(fù)性引起的誤差X1，概率分布密度服從期望^，標(biāo)準(zhǔn)差σ的正態(tài)分布，其中K和標(biāo)準(zhǔn)差σ均為由步驟2. 4去除偽高程后得到的區(qū)域高程均值^和標(biāo)準(zhǔn)差σ ;激光高度計(jì)測(cè)距誤差X2, 3倍標(biāo)準(zhǔn)差小于5m，概率密度分布按照服從期望為0，標(biāo)準(zhǔn)差為5/3m的正態(tài)分布；激光高度計(jì)安裝測(cè)量誤差X3為lm，概率密度分布按照服從期望為0，標(biāo)準(zhǔn)差為Im的均勻分布；激光往返時(shí)間測(cè)量誤差引入的高程測(cè)量誤差X4,1倍標(biāo)準(zhǔn)差等于lm，概率密度分布按照服從期望為0，標(biāo)準(zhǔn)差為Im的均勻分布；衛(wèi)星姿態(tài)測(cè)量誤差引入的高程測(cè)量誤差X5，標(biāo)準(zhǔn)差為lm，概率密度分布按照服從期望為0，標(biāo)準(zhǔn)差為Im的均勻分布；軌道測(cè)量誤差引入的高程誤差X6，按無(wú)測(cè)控弧段的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差為60m，概率密度分布按照服從期望為0，標(biāo)準(zhǔn)差為60m的正態(tài)分布；激光光斑點(diǎn)引起的高程測(cè)量誤差X7, 3標(biāo)準(zhǔn)差為5m，概率密度分布按照服從期望為O，標(biāo)準(zhǔn)差為5/3m的均勻分布。步驟4利用蒙特卡洛法進(jìn)行激光高度計(jì)月球高程測(cè)量不確定度的評(píng)定。在測(cè)量不確定度的評(píng)定中采用蒙特卡洛法(Monte Carlo method MCM),是一種通過(guò)重復(fù)采樣實(shí)現(xiàn)分布傳播的數(shù)值方法。MCM通過(guò)對(duì)輸入量Xi的PDF離散采樣，由測(cè)量模型傳播輸入量的分布，計(jì)算獲得輸出量的TOF的離散采樣值，進(jìn)而由輸出量的離散分布數(shù)值直接獲取輸出量的最佳估計(jì)值、標(biāo)準(zhǔn)不確定度和包含區(qū)間。具體方法為步驟4. I將步驟3中的高程測(cè)量的各種不確定來(lái)源作為輸入量，所選區(qū)域高程 H作為輸出量，建立星載激光高度計(jì)月球高程測(cè)量不確定度數(shù)學(xué)模型，所選區(qū)域高程H與各輸入量之間的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種星載激光高度計(jì)在軌月球高程探測(cè)不確定度評(píng)定方法，其特征在于，具體步驟如下 步驟I:從激光高度計(jì)全月球高程探測(cè)區(qū)域中選出月球表面地形變化平坦的區(qū)域；步驟2 :在選出的區(qū)域中，進(jìn)行偽高程的剔除、區(qū)域高程均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算，具體方法為 步驟2. I計(jì)算所選區(qū)域中各點(diǎn)月表地形高程值均值K， h = ^hi，N為所選區(qū)域中所有高程點(diǎn)數(shù)；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于星載激光高度計(jì)在軌月球高程探測(cè)不確定度評(píng)定的方法，該方法包括步驟在激光高度計(jì)月球表面高程探測(cè)全月球區(qū)域篩選出地形變化平坦的區(qū)域；在篩選出的區(qū)域中進(jìn)行偽高程的剔除、區(qū)域高程均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算；分析影響高程探測(cè)的各種不確定度影響因素及分布密度；結(jié)合各影響因素利用《蒙特卡洛法評(píng)定測(cè)量不確定度》規(guī)范進(jìn)行激光高度計(jì)在軌月球高程探測(cè)不確定度評(píng)定，并給出評(píng)定結(jié)果。該方法能夠?qū)π禽d激光高度計(jì)在軌月球表面地形高程探測(cè)按所選區(qū)域給出高程探測(cè)不確定度，為進(jìn)一步分析激光高度計(jì)測(cè)量誤差的來(lái)源提供依據(jù)，為制作高精度月球數(shù)字高程圖的提供參考和依據(jù)。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102645229SQ201210100970
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者宋愛國(guó), 李會(huì)軍, 溫秀蘭, 王東霞 申請(qǐng)人:東南大學(xué)