CN112327302B - 装载激光测高仪的分布式InSAR系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种装载激光测高仪的分布式InSAR系统，采用双星配置，每颗卫星上均同时装载SAR载荷和激光测高仪载荷，所述SAR载荷用于获取雷达干涉数据，所述激光测高仪载荷用于获取全球参考点高程信息，用于辅助InSAR事后处理的校正和评估；两类载荷工作时卫星系统以不同的编队方式、不同的轨道分时运行。本专利针对于系统的构建和数据的获取，在分布式InSAR系统中装载激光测高仪载荷，并从系统配置、轨道、运行等方面进行总体设计的优化，形成装载激光测高仪的分布式InSAR系统总体设计。

Description

装载激光测高仪的分布式InSAR系统
技术领域
本发明涉及宇航飞行器领域，具体地，涉及装载激光测高仪的分布式InSAR系统。
背景技术
分布式InSAR卫星系统对地观测不受日照和天气条件限制，具有测量精度高、监测范围广、覆盖空间连续和受天气影响小、可全天时全天候地测量地面高程、获取高分辨率图像、监测地表形变等优势，在国土、地震、减灾、测绘等多方面均具有重要的应用，是一种有效的天基对地测绘系统。
利用InSAR技术获取DEM具有很大的优势，但其也有固有的局限性。大气层延迟、卫星轨道误差、地表状况和时变去相关等影响给InSAR提取DEM带来实际的困难，特别是在无法布控地面控制点的情况下，InSAR体制的绝对定位精度受到很大的限制，一般为几米量级。
与InSAR雷达体制不同，激光测高仪的优势在于其地面激光光斑较小，光斑分辨率较高，绝对高程精度一般可达到亚米量级。因此，InSAR与激光测高仪两类载荷具有很好的互补性，利用激光测高仪的数据作为高度基准，辅助InSAR处理时改正、消除本身难以消除的误差影响，对提升InSAR测绘精度具有重大的意义。国内外已大量开展利用ICESat卫星GLAS激光测高数据辅助各星载InSAR卫星DEM的校正和评估，并取得了很好的效果。
公开号为“CN105550639A”专利文献公开了“对地观测激光测高卫星高程控制点自动提取方法和数据处理方法”，给出了激光测高卫星高程控制点自动提取方法和数据处理方法，减少云层对激光测距的影响，保证测高精度，提升激光高程参考数据的准确性。
公开号为“CN107167786A”专利文献公开了“卫星激光测高数据辅助提取高程控制点方法”，给出了卫星激光测高数据辅助InSAR后处理的过程。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种装载激光测高仪的分布式InSAR系统。
根据本发明提供的装载激光测高仪的分布式InSAR系统，采用双星配置，每颗卫星上均同时装载SAR载荷和激光测高仪载荷，所述SAR载荷用于获取雷达干涉数据，所述激光测高仪载荷用于获取全球参考点高程信息，用于辅助InSAR事后处理的校正和评估；两类载荷工作时卫星系统以不同的编队方式、不同的轨道分时运行。
优选地，针对所述SAR载荷和所述激光测高仪载荷分别设定两条轨道，第一条轨道为双星干涉任务期间的InSAR任务轨道，第二条轨道为全球参考点高程信息生成的激光打点轨道。
优选地，所述双星以绕飞编队运行于所述InSAR任务轨道。
优选地，所述双星以近距离跟飞编队方式运行于所述激光打点轨道。
优选地，所述激光打点轨道基于InSAR任务轨道，使得单星相邻轨道星下点赤道截距约为SAR成像带宽的1.5～1.9倍。
优选地，所述激光测高仪载荷在两颗卫星上的布局安装存在差异。
优选地，所述两颗卫星中第一颗卫星正对地安装。
优选地，所述两颗卫星中第二颗卫星按照设定角度斜装。
优选地，所述设定角度在具体设定时，设定因素包括轨道高度、相邻轨道赤道截距和由于地球自转造成星下点的漂移距离。
优选地，所述双星在运行状态时，任务初期双星跟飞运行于激光打点轨道，结合单星SAR载荷调试进行全球参考点高程信息获取。
优选地，所述双星在运行状态时，任务完成后，切换至InSAR任务轨道，双星以绕飞编队长期在轨业务运行，完成全球InSAR测绘任务。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明针对于系统的构建和数据的获取，在分布式InSAR系统中装载激光测高仪载荷，并从系统配置、轨道、运行等方面进行总体设计的优化，形成装载激光测高仪的分布式InSAR系统总体设计；
2.本发明中双星相邻两轨的激光打点间距约为赤道截距的一半，实现提升激光打点的获取效率，同时轨道回归周期短，且轨道间切换代价低；
3.本发明满足全球绝对高程参考点间距小于30km的要求，全球高程参考点获取效率提升约一倍。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的装载激光测高仪的分布式InSAR系统总体设计思路图；
图2为本发明的激光打点运行设计示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，根据本发明提供的装载激光测高仪的分布式InSAR系统，如图1所示，装载激光测高仪的分布式InSAR系统总体设计思路包括：
1)系统配置方面：两颗卫星组成每颗星均同时装载SAR和激光测高仪载荷，其中SAR载荷获取雷达干涉数据，激光测高仪载荷获取全球参考点高程信息并用于辅助InSAR事后处理的校正和评估
2)轨道设计方面：系统设计两条轨道(InSAR任务轨道、激光打点轨道)，激光打点轨道基于InSAR任务轨道设计，使得单星相邻轨道星下点赤道截距约为SAR成像带宽的1.5～1.9倍，轨道回归周期较短，且轨道间切换代价较低
3)激光测高仪布局方面：一颗星正对地安装，另一颗星斜装(由轨道高度、相邻轨道赤道截距和由于地球自转造成星下点的漂移距离共同决定)，使得双星相邻两轨的激光打点间距约为赤道截距的一半，提升激光打点的获取效率
4)系统运行方面：
任务初期双星跟飞运行于激光打点轨道，结合单星SAR载荷调试进行全球参考点高程信息获取；任务完成后，切换至InSAR任务轨道，双星以绕飞编队长期在轨业务运行，完成全球InSAR测绘任务。
如图2所示，激光打点运行设计如下所述：
1)系统内两颗卫星以近距离编队方式运行于激光打点轨道(跟飞距离约40km)，前星相邻两轨形成的激光打点轨迹为1和2，在赤道4上的交点分别为P1和P2；后星滞后于前星，相对于前星的轨迹1，在地面形成激光打点轨迹3，在赤道4上的交点为P3。
2)激光打点轨道设计时，使得P1、P2点距离(即相邻轨赤道间截距)约为SAR成像带宽的1.5～1.9倍。本例中SAR成像带宽取30km，倍数因子取1.577，相邻星下点轨迹的赤道截距约47.31km。配合后星激光测高仪正装、前星激光测高仪斜装+2°的策略，考虑到地球自转造成的星下点漂移2.69km以及前星激光测高仪光轴偏移造成的地面投影点与其星下点偏差21.33km，可知P1、P3间距为24.02km，P2、P3为23.28km，赤道截距47.31km被双星激光测高仪划分为两段，满足全球绝对高程参考点间距小于30km的要求，全球高程参考点获取效率提升约一倍。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种装载激光测高仪的分布式InSAR系统，其特征在于，采用双星配置，每颗卫星上均同时装载SAR载荷和激光测高仪载荷，所述SAR载荷用于获取雷达干涉数据，所述激光测高仪载荷用于获取全球参考点高程信息，用于辅助InSAR事后处理的校正和评估；两类载荷工作时卫星系统以不同的编队方式、不同的轨道分时运行；
所述激光测高仪载荷在两颗卫星上的布局安装存在差异；
所述两颗卫星中的第一颗卫星激光测高仪载荷正对地安装；
所述两颗卫星中的第二颗卫星激光测高仪载荷按照设定角度斜装；
所述设定角度在具体设定时，设定因素包括轨道高度、相邻轨道赤道截距和由于地球自转造成星下点的漂移距离；使得双星相邻两轨的激光打点间距为赤道截距的一半；
两颗卫星以近距离编队方式运行于激光打点轨道，前星相邻两轨形成的激光打点轨迹为1和2，在赤道上的交点分别为P1和P2；后星滞后于前星，相对于前星的轨迹1，在地面形成激光打点轨迹3，在赤道上的交点为P3。
2.根据权利要求1所述的装载激光测高仪的分布式InSAR系统，其特征在于，针对所述SAR载荷和所述激光测高仪载荷分别设定两条轨道，第一条轨道为双星干涉任务期间的InSAR任务轨道，第二条轨道为全球参考点高程信息生成的激光打点轨道；
所述双星以绕飞编队运行于所述InSAR任务轨道；
所述双星以近距离跟飞编队方式运行于所述激光打点轨道；
所述激光打点轨道基于InSAR任务轨道，使得单星相邻轨道星下点赤道截距约为SAR成像带宽的1.5～1.9倍。
3.根据权利要求1或2所述的装载激光测高仪的分布式InSAR系统，其特征在于，所述双星在运行状态时，任务初期双星跟飞运行于激光打点轨道，结合单星SAR载荷调试进行全球参考点高程信息获取。
4.根据权利要求1或2所述的装载激光测高仪的分布式InSAR系统，其特征在于，所述双星在运行状态时，任务完成后，切换至InSAR任务轨道，双星以绕飞编队长期在轨业务运行，完成全球InSAR测绘任务。
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