CN112859053B - 一种标定激光雷达时变参数的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种标定激光雷达时变参数的方法及系统，首先获取多波束激光雷达卫星搭载的结构的测量信息，根据测量信息确定每个激光波束的多个地面轨迹交叉点，根据地面轨迹交叉点的位置差和位置分量相对距离和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，最后采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。本发明在不用布设地面标定场的条件下，仅利用激光雷达测量信息，可实现对多波束激光雷达每个波束距离和指向系统误差参数时变分量的准确估计和同时标定。

Description

一种标定激光雷达时变参数的方法及系统

技术领域

本发明涉及激光雷达参数标定技术领域，特别是涉及一种标定激光雷达时变参数的方法及系统。

背景技术

星载激光多激光波束雷达测量是目前精度最高的卫星数字地形测绘技术之一。激光多激光波束雷达测绘卫星是利用卫星作为空间测量的测量参考点，利用星载激光测距载荷和卫星姿态精密测量载荷通过精确测量卫星与地面点之间距离和准确指向信息，确定地面点精确位置。当卫星位置可通过星载GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)技术精密确定前提下，星地激光测距误差和激光波束指向测量误差是影响地形测量精度的主要因素。

星地激光测距误差与激光器收发设备时延、激光器收发参考点位置确定精度、地面点植被状态、大气时延等多种因素有关；激光指向测量误差与星敏感器误差、参考相机误差、激光器安装误差、大气折射等因素有关。尽管上述误差可通过构建物理模型的方式修正，但依靠模型修正方法很难满足米级地形测量精度要求。为此，通常需要采用地面标定或在轨标定方式修正残余系统误差。地面标定需要建立残余系统误差经验修正模型，并利用实测数据确定模型参数。距离和指向偏差系统误差经验模型通常采用线性多项式模型结合周期函数模型的方式。现阶段，利用坐标已知地面探测器标定法、已知地形数据标定法和借助卫星姿态机动利用海面扫描测量数据标定法是常用的几种标定方法。卫星姿态机动方法对卫星平台控制精度要求较高，标定精度有限；地面探测器标定或地形标定只能在全球部分区域布设标定场，不易实现对大范围卫星测量弧段的跟踪测量，要实现逐激光波束标定需要建设大范围标定场，仅适合标定激光多波束雷达中单个激光波束的距离和指向系统误差常数项但不易标定其时变分量参数。如何准确标定激光多波束雷达每个激光波束系统误差时变分量是激光雷达地面标定亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种标定激光雷达时变参数的方法及系统，以准确标定多波束激光雷达的每个激光波束系统误差时变分量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种标定激光雷达时变参数的方法，所述方法包括：

利用多波束激光雷达卫星搭载的星载GNSS双频接收机获取每个测量时刻地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，利用多波束激光雷达卫星搭载的星载多波束激光测距设备获取每个激光波束在每个测量时刻的星地距，并利用多波束激光雷达卫星搭载的星敏感器、陀螺和激光波束指向测量设备获取每个测量时刻各个激光波束的指向在惯性坐标系中的指向观测量；

根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹；

根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

采用搜索法确定轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹形成的多个地面轨迹交叉点；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差和每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程；

以每个激光波束的每个地面轨迹交叉点在轨道上升段和轨道下降段的位置差为观测量，组合每个激光波束的所有地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程；

根据每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。

可选的，所述根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹，之后还包括：

采用搜索法确定星下点轨迹中轨道上升段和轨道下降段的初始的轨道交叉点；所述轨道上升段为卫星速度向量中大于零的Z轴分量对应的星下点轨迹，所述轨道下降段为卫星速度向量中小于零的Z轴分量对应的星下点轨迹；

在所述轨道上升段和所述轨道下降段上分别获取初始的轨道交叉点两侧预设数量的轨道星下点；

采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧所述轨道上升段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道上升段星下点轨迹经纬度随时间变化的上升段函数模型为其中，B为纬度，L为经度，上标u表示轨道上升段，B^u为轨道上升段的纬度，L^u为轨道上升段的经度，t^u为轨道上升段的时间变量，/>为轨道上升段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道上升段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道上升段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧所述轨道下降段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道下降段星下点轨迹经纬度随时间变化的下降段函数模型为其中，上标d表示轨道下降段，B^d为轨道下降段的纬度，L^d为轨道下降段的经度，t^d为轨道下降段的时间变量，/>为轨道下降段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道下降段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道下降段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

根据所述上升段函数模型和所述下降段函数模型，利用公式采用非线性方程迭代法计算最终的轨道交叉点；其中，/>为轨道上升段在最终的轨道交叉点对应的时间，/>为轨道下降段在最终的轨道交叉点对应的时间。

可选的，所述根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹，具体包括：

根据每个激光波束在所述轨道上升段和所述轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，利用公式分别计算轨道上升段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置和轨道下降段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置；

轨道上升段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹，轨道下降段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

其中，为轨道上升段每个激光波束或轨道下降段每个激光波束在测量时刻j测量的地面点位置，/>为测量时刻j的卫星质心位置，M_sen为星敏感器坐标系到惯性坐标系转换矩阵，M₀为卫星星体坐标系到星敏感器坐标系转换矩阵，M_c为指向偏差系统误差修正矩阵，M_las为星体坐标系到激光雷达坐标系转换矩阵，/>为每个激光波束在测量时刻j激光雷达激光波束指向观测向量，/>为每个激光波束在测量时刻j雷达测量的星地距观测量，Δρ为距离系统误差，Δr_trop为大气延迟改正，/>为测量时刻j激光雷达测量点相对卫星质心位置，Δφ、Δγ分别为俯仰角和横滚角两个独立指向系统误差。

可选的，所述每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差的确定方法，具体包括：

在所述轨道上升段和所述轨道下降段上分别获取最终的轨道交叉点两侧预设数量的激光波束在连续多个测量时刻测量的多个地面点经纬度；

根据所述轨道上升段和所述轨道下降段上分别获取的最终的轨道交叉点两侧预设数量的激光波束在连续多个测量时刻测量的多个地面点经纬度，分别拟合得到地面测量轨道上升段的二阶多项式函数和地面测量轨道下降段的二阶多项式函数；

根据地面测量轨道上升段的二阶多项式函数和地面测量轨道下降段的二阶多项式函数，采用非线性方程迭代计算方法，确定每个激光波束的地面轨迹交叉点在轨道上升段对应的时间和每个激光波束的地面轨迹交叉点在轨道下降段对应的时间；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段对应的时间确定每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段上的位置；所述地面轨迹交叉点的位置由地面轨迹交叉点的经度、纬度和高程三个分量组成；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段上的位置，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差。

可选的，所述系统误差模型参数估计方程为

其中，a_i为距离系统误差模型的第i参数，b_i为俯仰角系统误差模型的第i参数，c_i为横滚角系统误差模型的第i参数，i＝0,1,2,4，为每个激光波束的第k个地面轨迹交叉点的位置差，Δρ为距离系统误差。

可选的，所述系统误差模型参数解算方程为

其中，为地面轨迹交叉点的位置差，H为每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数构成的设计矩阵，/>为待估计系统误差模型的参数，ε为常数。

可选的，所述参数优化估计方法为最小二乘法。

一种标定激光雷达时变参数的系统，所述系统包括：

测量量获取模块，用于利用多波束激光雷达卫星搭载的星载GNSS双频接收机获取每个测量时刻地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，利用多波束激光雷达卫星搭载的星载多波束激光测距设备获取每个激光波束在每个测量时刻的星地距，并利用多波束激光雷达卫星搭载的星敏感器、陀螺和激光波束指向测量设备获取每个测量时刻各个激光波束的指向在惯性坐标系中的指向观测量；

星下点轨迹获得模块，用于根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹；

地面点位置轨迹计算模块，用于根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

地面轨迹交叉点确定模块，用于采用搜索法确定轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹形成的多个地面轨迹交叉点；

系统误差模型参数估计方程获得模块，用于根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差和每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程；

系统误差模型参数解算方程获得模块，用于以每个激光波束的每个地面轨迹交叉点在轨道上升段和轨道下降段的位置差为观测量，组合每个激光波束的所有地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程；

时变分量参数估计值获得模块，用于根据每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。

可选的，所述系统还包括：

初始的轨道交叉点确定模块，用于采用搜索法确定星下点轨迹中轨道上升段和轨道下降段的初始的轨道交叉点；所述轨道上升段为卫星速度向量中大于零的Z轴分量对应的星下点轨迹，所述轨道下降段为卫星速度向量中小于零的Z轴分量对应的星下点轨迹；

轨道星下点获取模块，用于在所述轨道上升段和所述轨道下降段上分别获取初始的轨道交叉点两侧预设数量的轨道星下点；

上升段函数模型获得模块，用于采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧所述轨道上升段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道上升段星下点轨迹经纬度随时间变化的上升段函数模型为其中，B为纬度，L为经度，上标u表示轨道上升段，B^u为轨道上升段的纬度，L^u为轨道上升段的经度，t^u为轨道上升段的时间变量，/>为轨道上升段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道上升段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道上升段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

下降段函数模型获得模块，用于采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧所述轨道下降段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道下降段星下点轨迹经纬度随时间变化的下降段函数模型为其中，上标d表示轨道下降段，B^d为轨道下降段的纬度，L^d为轨道下降段的经度，t^d为轨道下降段的时间变量，/>为轨道下降段的拟合参考时间，和/>分别为轨道下降段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，和/>分别为轨道下降段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

最终的轨道交叉点计算模块，用于根据所述上升段函数模型和所述下降段函数模型，利用公式采用非线性方程迭代法计算最终的轨道交叉点；其中，/>为轨道上升段在最终的轨道交叉点对应的时间，/>为轨道下降段在最终的轨道交叉点对应的时间。

可选的，所述地面点位置轨迹计算模块，具体包括：

地面点位置计算子模块，用于根据每个激光波束在所述轨道上升段和所述轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，利用公式分别计算轨道上升段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置和轨道下降段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置；

地面点位置轨迹构成子模块，用于轨道上升段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹，轨道下降段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

其中，为轨道上升段每个激光波束或轨道下降段每个激光波束在测量时刻j测量的地面点位置，/>为测量时刻j的卫星质心位置，M_sen为星敏感器坐标系到惯性坐标系转换矩阵，M₀为卫星星体坐标系到星敏感器坐标系转换矩阵，M_c为指向偏差系统误差修正矩阵，M_las为星体坐标系到激光雷达坐标系转换矩阵，/>为每个激光波束在测量时刻j激光雷达激光波束指向观测向量，/>为每个激光波束在测量时刻j雷达测量的星地距观测量，Δρ为距离系统误差，Δr_trop为大气延迟改正，/>为测量时刻j激光雷达测量点相对卫星质心位置，Δφ、Δγ分别为俯仰角和横滚角两个独立指向系统误差。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种标定激光雷达时变参数的方法及系统，首先获取多波束激光雷达卫星搭载的结构的测量信息，根据测量信息获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹，然后采用搜索法确定轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹的多个地面轨迹交叉点，根据地面轨迹交叉点位置差和位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程，组合每个激光波束的所有地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，最后采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。本发明在不用布设地面标定场的条件下，仅利用激光雷达测量信息，可实现对多波束激光雷达每个波束距离和指向系统误差参数时变分量的准确估计，并利用地面轨迹交叉点数据实现了对激光多波束雷达每个波束距离和指向系统偏差参数的同时标定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种标定激光雷达时变参数的方法的流程图；

图2为本发明提供的一种标定激光雷达时变参数的方法的数据原理图；

图3为本发明提供的一种标定激光雷达时变参数的方法的结构原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种标定激光雷达时变参数的方法及系统，以准确标定多波束激光雷达的每个激光波束系统误差时变分量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种标定激光雷达时变参数的方法，如图1-3，方法包括：

S101，利用多波束激光雷达卫星搭载的星载GNSS双频接收机获取每个测量时刻地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，利用多波束激光雷达卫星搭载的星载激光多激光波束测距设备获取每个激光波束在每个测量时刻的星地距，并利用多波束激光雷达卫星搭载的星敏感器、陀螺和激光波束指向测量设备获取每个测量时刻各个激光波束的指向在惯性坐标系中的指向观测量；

S102，根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹；

S103，根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

S104，采用搜索法确定轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹形成的多个地面轨迹交叉点；

S105，根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差和每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程；

S106，以每个激光波束的每个地面轨迹交叉点在轨道上升段和轨道下降段的位置差为观测量，组合每个激光波束的所有地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程；

S107，根据每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。

具体过程如下：

步骤S102之后，采用多项式拟合法确定星下点轨迹中轨道上升段和轨道下降段的轨道交叉点，具体包括：

采用搜索法确定星下点轨迹中轨道上升段和轨道下降段的初始的轨道交叉点；轨道上升段为卫星速度向量中大于零的Z轴分量对应的星下点轨迹，轨道下降段为卫星速度向量中小于零的Z轴分量对应的星下点轨迹；

在轨道上升段和轨道下降段上分别获取初始的轨道交叉点两侧预设数量的轨道星下点；

采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧轨道上升段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道上升段星下点轨迹经纬度随时间变化的上升段函数模型为其中，B为纬度，L为经度，上标u表示轨道上升段，B^u为轨道上升段的纬度，L^u为轨道上升段的经度，t^u为轨道上升段的时间变量，为轨道上升段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道上升段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道上升段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧轨道下降段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道下降段星下点轨迹经纬度随时间变化的下降段函数模型为其中，上标d表示轨道下降段，B^d为轨道下降段的纬度，L^d为轨道下降段的经度，t^d为轨道下降段的时间变量，/>为轨道下降段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道下降段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道下降段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

根据上升段函数模型和下降段函数模型，利用公式采用非线性方程迭代法计算最终的轨道交叉点；其中，/>为轨道上升段在最终的轨道交叉点对应的时间，/>为轨道下降段在最终的轨道交叉点对应的时间。

步骤S103，根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹，具体包括：

根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，利用公式分别计算轨道上升段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置和轨道下降段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置；

轨道上升段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹，轨道下降段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

其中，为轨道上升段每个激光波束或轨道下降段每个激光波束在测量时刻j测量的地面点位置，/>为测量时刻j的卫星质心位置，M_sen为星敏感器坐标系到惯性坐标系转换矩阵，M₀为卫星星体坐标系到星敏感器坐标系转换矩阵，M_c为指向偏差系统误差修正矩阵，M_las为星体坐标系到激光雷达坐标系转换矩阵，/>为每个激光波束在测量时刻j激光雷达激光波束指向观测向量，/>为每个激光波束在测量时刻j雷达测量的星地距观测量，Δρ为距离系统误差，Δr_trop为大气延迟改正，/>为测量时刻j激光雷达测量点相对卫星质心位置，Δφ、Δγ分别为俯仰角和横滚角两个独立指向系统误差。

步骤S105，每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差的确定方法，具体包括：

在轨道上升段和轨道下降段上分别获取初始的轨道交叉点两侧预设数量的激光波束在连续多个测量时刻测量的多个地面点经纬度；

根据轨道上升段和轨道下降段上分别获取的初始的轨道交叉点两侧预设数量的激光波束在连续多个测量时刻测量的多个地面点经纬度，分别拟合得到地面测量轨道上升段的二阶多项式函数和地面测量轨道下降段的二阶多项式函数；

根据地面测量轨道上升段的二阶多项式函数和地面测量轨道下降段的二阶多项式函数，采用非线性方程迭代计算方法，确定每个激光波束的地面轨迹交叉点在轨道上升段对应的时间和每个激光波束的地面轨迹交叉点在轨道下降段对应的时间；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段对应的时间确定每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段上的位置；地面轨迹交叉点的位置由地面轨迹交叉点的经度、纬度和高程三个分量组成；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段上的位置，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差。

步骤S105，系统误差模型参数估计方程为

其中，a_i为距离系统误差模型的第i参数，b_i为俯仰角系统误差模型的第i参数，c_i为横滚角系统误差模型的第i参数，i＝0,1,2,4，为每个激光波束的第k个地面轨迹交叉点的位置差，Δρ为距离系统误差，Δφ、Δγ分别为俯仰角和横滚角两个独立指向系统误差。

步骤S106，系统误差模型参数解算方程为

其中，为地面轨迹交叉点的位置差，H为每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数构成的设计矩阵，/>为待估计系统误差模型的参数，ε为常数。

优选地，参数优化估计方法为最小二乘法。

图3中，Xs，Ys和Zs为星体坐标系的坐标轴，X，Y和Z为地固坐标系的坐标轴，R_ant表示GNSS天线相位中心相对卫星质心位置，R_last表示星载激光雷达测量点相对卫星质心位置，R_orb表示激光卫星质心相对地球质心位置，ρ表示星载激光测量星地距，R表示地面点相对地球质心位置。

本发明为激光多波束雷达距离和指向系统误差标定提供了如下有益效果。首先，本方法能够标定激光多波束雷达每个波束系统误差模型参数，解决了传统地面探测器标定法和地形标定不易解决的逐波束参数标定问题；其次，全球均匀分布的轨迹交叉点数据，为距离和指向参数时变分量估计提供了充分的信息，便于定量分析系统误差模型参数变化特性，为模型优化设计提供依据；再次，相比传统地面站标定法，本方法不需要建设规模庞大的标定场，能够加大减少标定技术成本。并且本方法提供准确指向参数和距离参数时变项可显著改进其它方法对距离参数常数项的估计精度。

本发明还提供了标定激光雷达时变参数的方法的具体实施例。

步骤1：激光多波束雷达卫星搭载星载GNSS双频接收机、高精度星敏感器和陀螺、星载多波束激光测距设备和激光波束指向测量设备。卫星发射前，利用地面标定方法，可确定GNSS相位中心、激光多波束测距设备信号收发点相对卫星质心位置。同时也可标定星敏感器、陀螺和激光多波束测距设备安装矩阵和星载激光雷达测距偏差参数先验值。

步骤2：利用星载GNSS双频接收机和GNSS卫星精密星历可确定测量时刻卫星质心在惯性坐标系中的位置；利用星敏感器、陀螺和激光波束指向测量设备可确定测量时刻激光波束指向在惯性坐标系中的对应指向向量；利用星载激光雷达每个波束激光收发时刻可获取测量时刻的星地距。

步骤3：将星载GNSS计算的惯性系卫星位置转换到地固坐标系，经过差值可获得地固坐标系中5min间隔卫星位置和速度向量，利用地固系中的卫星位置向量可计算与卫星星下点轨迹对应的卫星位置单位向量；利用地固系中卫星速度向量Z分量正负性可将卫星星下点轨迹分为轨道上升段和下降段两部分。

为卫星地固坐标系中速度向量及三分量，/>则对应星下点轨迹为轨道上升段，/>则对应星下点轨迹为轨道下降段。

步骤4：利用搜索法或其它交叉点位置近似计算方法可确定交叉点概略位置；利用交叉点概略位置前后轨道上升段和下降段中5-7个轨道星下点位置，采用二阶多项式拟合法，以时间为参数分别拟合轨道交叉点附近轨道上升段和下降段轨迹的经纬度分量，获取轨迹经纬度随时间变化函数，进而利用该函数确定精确的轨道交叉点位置。

轨道上升段星下点轨迹经纬度二阶多项式函数模型为

/>

B为纬度，L为经度，上标u表示上升段，t₀为拟合参考时间。下降段函数模型形式类似。组合利用轨道上升段和下降段函数计算交叉点方程为：

其中上标d表示轨道下降段，t₁为轨道交叉点时间。上述方程为非线性方程，可采用非线性方程迭代法求解。

步骤5：利用激光多波束雷达每个波束在轨道上升段和下降段对应的距离和指向观测量，结合GNSS计算的卫星位置、星敏感器计算的卫星姿态以及激光雷达安装参数等信息，对距离和指向观测量进行大气延迟修正，并利用距离和指向偏差系统误差模型初始参数进行误差修正，可计算出每个激光波束测量的初始地面点位置。计算初始位置采用的距离和指向偏差系统误差模型通常为线性模型结合周期函数模型形式，模型系数为标定待估参数。

距离和指向偏差系统误差模型为：

Δρ＝a₀+a₁(t-t₀)+a₂cos(ωt)+a₄ sin(ωt) (5)

Δφ＝b₀+b₁(t-t₀)+b₂cos(ωt)+b₄sin(ωt) (6)

Δγ＝c₀+c₁(t-t₀)+c₂cos(ωt)+c₄sin(ωt) (7)

公式(5)为距离系统误差模型，公式(6)为指向偏差系统误差模型中的俯仰角系统误差模型，公式(7)为指向偏差系统误差模型中的横滚角系统误差模型。

其中Δρ为距离系统误差，Δγ为俯仰角和横滚角两个独立指向系统误差，ω为卫星角速度，a₀、a₁、a₂和a₄分别为距离系统误差模型的第一参数、第二参数、第三参数和第四参数，t₀为误差参考时间，t为时间变量，b₀、b₁、b₂和b₄分别为俯仰角系统误差模型的第一参数、第二参数、第三参数和第四参数，c₀、c₁、c₂和c₄分别为横滚角系统误差模型的第一参数、第二参数、第三参数和第四参数。

利用激光雷达距离和指向观测量计算地面点位置计算公式为：

其中为地面点位置，/>为卫星质心位置，M_sen为星敏感器坐标系到惯性坐标系转换矩阵，M₀为卫星星体坐标系到星敏感器坐标系转换矩阵，M_c为指向偏差系统误差修正矩阵，M_las为星体坐标系到激光雷达坐标系转换矩阵，/>为激光雷达波束指向观测向量，ρ₀为雷达测量星地距观测量，Δρ为测距系统误差，Δr_trop为大气延迟改正。

步骤6：利用轨道交叉点概略位置附近5个以上激光波束连续地面测量点经纬度拟合地面出测量轨迹上升段和下降段的二阶多项式函数，利用轨迹上升段和下降段的拟合函数，采用非线性方程迭代计算方法，可得到每个波束地面测量轨迹交叉点的准确时间，进而计算得到每个波束地面轨迹交叉点的准确经纬度和高程。确定地面测量轨迹交叉点方法与步骤4计算轨道交叉点方法相同。

步骤7：采用激光波束雷达地面点位置计算模型，可计算轨迹交叉点处地面点位置三分量对距离和指向偏差系统误差的偏导数；利用距离和指向偏差系统误差模型，可计算出系统误差对模型参数的偏导数，综合上述两种偏导数，可得到轨道上升段和下降段在轨迹交叉点处两次测量三个点位坐标位差与距离和指向系统误差模型参数之间的函数，该函数关系即为系统误差模型参数估计方程的设计矩阵。

其中i＝0,1,2,3。

步骤8：以步骤6计算的轨迹交叉点高程差为观测量，以步骤7计算的高程差与系统误差模型参数之间函数关系为设计矩阵，组合每个激光波束所有轨迹交叉点观测量可逐波束组成系统误差模型参数解算方程，采用最小二乘等多种参数优化估计方法，可估计出距离和指向模型参数估计值；以该估计值作为新的模型参数初值，重复步骤5-步骤8过程，可迭代改进模型参数估计值，直到两次迭代计算残差统计值小于2倍测量噪声。

基于轨迹交叉点的系统误差模型参数解算方程为：

其中为轨迹交叉点位置差，H为步骤7计算设计矩阵，x为待估计系统误差模型参数。

步骤9：利用每个激光多波束测量获取的距离和指向偏差系统误差模型参数改进值，可计算改进的地面点位置，利用交叉验证方法或地面已知点坐标互比评估方法可对标定结果精度进行验证评估。

激光多波束测绘卫星通常为低轨近圆轨道卫星，波束轨迹交叉点为卫星单波束测量地面点轨迹在轨道上升段和下降段的交点，利用波束轨迹交叉点可得到同一颗卫星同一波束对地面同一点不同时刻两个观测量，利用两个观测量差值可构建系统误差时变分量观测方程。组合利用多个交叉点观测方程，采用最优参数估计方式可估计距离和指向系统偏差参数时变项。利用轨迹交叉点标定系统偏差参数具有显著优势，其一是轨道交叉点标定方法不需要布设标校站，可极大减小标校成本；其二是轨迹交叉点全球分布均匀，交叉点观测量不符值能够充分反映系统误差时变分量变化，同时，通过采用插值方法，可方便获取每个波束地面轨迹交叉点数据，进而利用轨迹交叉点数据逐波束标定多波束激光雷达系统偏差。本发明首次完整提出了利用地面轨迹交叉点数据同时标定激光多波束雷达每个波束距离和指向系统偏差参数的方法和技术途径。

本发明涉及利用激光多波束雷达地面测量点轨迹交叉点观测量逐波束同时标定激光雷达距离和指向系统偏差模型时变参数的方法。其步骤如下：激光多波束雷达卫星搭载星载GNSS接收机、高精度星敏感器和陀螺、星载激光雷达测距载荷等，可在星载时频系统的统一驱动下得到高频激光雷达对地测距观测量、激光雷达波束指向测量信息等；利用星载GNSS数据可确定卫星质心位置，进而确定卫星星下点轨迹交叉点概略位置；采用线性结合周期函数模型构建距离和指向系统偏差模型，利用卫星位置、姿态和激光雷达距离和指向观测量，在采用模型修正对流层、固体潮、海潮等系统误差影响基础上，结合先验系统偏差参数可确定地面点测量轨迹；利用地面点测量轨迹和卫星交叉点概略位置可确定地面轨迹交叉点精确位置和时间；利用轨迹交叉点时间和卫星位置、姿态以及距离指向观测量可计算交叉点位置对系统偏差偏导数和轨迹交叉点位置差；综合每个激光波束全部地面轨迹交叉点位置偏导数和位置差可构建标定观测方程，采用最优参数估计方法经过迭代计算可得到距离和指向偏差系统误差模型参数时变分量估计值；利用交叉点验证方法或地面已知点评估方法可对标定结果精度进行评估。本方法可在不用布设地面标定场的条件下，仅利用激光雷达测量信息，可实现对多波束激光雷达每个波束距离和指向系统误差参数时变分量的准确估计，特别适用于指向系统误差模型参数的准确标定。

本发明还提供了一种标定激光雷达时变参数的系统，系统包括：

测量量获取模块，用于利用多波束激光雷达卫星搭载的星载GNSS双频接收机获取每个测量时刻地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，利用多波束激光雷达卫星搭载的星载激光多激光波束测距设备获取每个激光波束在每个测量时刻的星地距，并利用多波束激光雷达卫星搭载的星敏感器、陀螺和激光波束指向测量设备获取每个测量时刻各个激光波束的指向在惯性坐标系中的指向观测量；

星下点轨迹获得模块，用于根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹；

轨道交叉点确定模块，用于采用多项式拟合法确定星下点轨迹中轨道上升段和轨道下降段的轨道交叉点；

地面点位置轨迹计算模块，用于根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

地面轨迹交叉点确定模块，用于采用搜索法确定轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹形成的多个地面轨迹交叉点；

系统误差模型参数估计方程获得模块，用于根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差和每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程；

系统误差模型参数解算方程获得模块，用于以每个激光波束的每个地面轨迹交叉点在轨道上升段和轨道下降段的位置差为观测量，组合每个激光波束的所有地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程；

时变分量参数估计值获得模块，用于根据每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。

系统还包括：

初始的轨道交叉点确定模块，用于采用搜索法确定星下点轨迹中轨道上升段和轨道下降段的初始的轨道交叉点；轨道上升段为卫星速度向量中大于零的Z轴分量对应的星下点轨迹，轨道下降段为卫星速度向量中小于零的Z轴分量对应的星下点轨迹；

轨道星下点获取模块，用于在轨道上升段和轨道下降段上分别获取初始的轨道交叉点两侧预设数量的轨道星下点；

上升段函数模型获得模块，用于采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧轨道上升段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道上升段星下点轨迹经纬度随时间变化的上升段函数模型为其中，B为纬度，L为经度，上标u表示轨道上升段，B^u为轨道上升段的纬度，L^u为轨道上升段的经度，t^u为轨道上升段的时间变量，/>为轨道上升段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道上升段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道上升段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

下降段函数模型获得模块，用于采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧轨道下降段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道下降段星下点轨迹经纬度随时间变化的下降段函数模型为其中，上标d表示轨道下降段，B^d为轨道下降段的纬度，L^d为轨道下降段的经度，t^d为轨道下降段的时间变量，/>为轨道下降段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道下降段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道下降段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

最终的轨道交叉点计算模块，用于根据上升段函数模型和下降段函数模型，利用公式采用非线性方程迭代法计算最终的轨道交叉点；其中，/>为轨道上升段在最终的轨道交叉点对应的时间，/>为轨道下降段在最终的轨道交叉点对应的时间。

地面点位置轨迹计算模块，具体包括：

地面点位置计算子模块，用于根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，利用公式分别计算轨道上升段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置和轨道下降段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置；

地面点位置轨迹构成子模块，用于轨道上升段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹，轨道下降段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

其中，为轨道上升段每个激光波束或轨道下降段每个激光波束在测量时刻j测量的地面点位置，/>为测量时刻j的卫星质心位置，M_sen为星敏感器坐标系到惯性坐标系转换矩阵，M₀为卫星星体坐标系到星敏感器坐标系转换矩阵，M_c为指向偏差系统误差修正矩阵，M_las为星体坐标系到激光雷达坐标系转换矩阵，/>为每个激光波束在测量时刻j激光雷达激光波束指向观测向量，/>为每个激光波束在测量时刻j雷达测量的星地距观测量，Δρ为距离系统误差，Δr_trop为大气延迟改正，/>为测量时刻j激光雷达测量点相对卫星质心位置，Δφ、Δγ分别为俯仰角和横滚角两个独立指向系统误差。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种标定激光雷达时变参数的方法，其特征在于，所述方法包括：

利用多波束激光雷达卫星搭载的星载GNSS双频接收机获取每个测量时刻地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，利用多波束激光雷达卫星搭载的星载激光多激光波束测距设备获取每个激光波束在每个测量时刻的星地距，并利用多波束激光雷达卫星搭载的星敏感器、陀螺和激光波束指向测量设备获取每个测量时刻各个激光波束的指向在惯性坐标系中的指向观测量；

根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹；

根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

采用搜索法确定轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹形成的多个地面轨迹交叉点；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差和每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程；

以每个激光波束的每个地面轨迹交叉点在轨道上升段和轨道下降段的位置差为观测量，组合每个激光波束的所有地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程；

根据每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。

2.根据权利要求1所述的标定激光雷达时变参数的方法，其特征在于，所述根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹，之后还包括：

采用搜索法确定星下点轨迹中轨道上升段和轨道下降段的初始的轨道交叉点；所述轨道上升段为卫星速度向量中大于零的Z轴分量对应的星下点轨迹，所述轨道下降段为卫星速度向量中小于零的Z轴分量对应的星下点轨迹；

在所述轨道上升段和所述轨道下降段上分别获取初始的轨道交叉点两侧预设数量的轨道星下点；

采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧所述轨道上升段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道上升段星下点轨迹经纬度随时间变化的上升段函数模型为其中，B为纬度，L为经度，上标u表示轨道上升段，B^u为轨道上升段的纬度，L^u为轨道上升段的经度，t^u为轨道上升段的时间变量，/>为轨道上升段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道上升段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道上升段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧所述轨道下降段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道下降段星下点轨迹经纬度随时间变化的下降段函数模型为其中，上标d表示轨道下降段，B^d为轨道下降段的纬度，L^d为轨道下降段的经度，t^d为轨道下降段的时间变量，/>为轨道下降段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道下降段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道下降段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

根据所述上升段函数模型和所述下降段函数模型，利用公式采用非线性方程迭代法计算最终的轨道交叉点；其中，/>为轨道上升段在最终的轨道交叉点对应的时间，/>为轨道下降段在最终的轨道交叉点对应的时间。

3.根据权利要求1所述的标定激光雷达时变参数的方法，其特征在于，所述根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹，具体包括：

根据每个激光波束在所述轨道上升段和所述轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，利用公式分别计算轨道上升段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置和轨道下降段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置；

轨道上升段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹，轨道下降段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

其中，为轨道上升段每个激光波束或轨道下降段每个激光波束在测量时刻j测量的地面点位置，/>为测量时刻j的卫星质心位置，M_sen为星敏感器坐标系到惯性坐标系转换矩阵，M₀为卫星星体坐标系到星敏感器坐标系转换矩阵，M_c为指向偏差系统误差修正矩阵，M_las为星体坐标系到激光雷达坐标系转换矩阵，/>为每个激光波束在测量时刻j激光雷达激光波束指向观测向量，/>为每个激光波束在测量时刻j雷达测量的星地距观测量，Δρ为距离系统误差，Δr_trop为大气延迟改正，/>为测量时刻j激光雷达测量点相对卫星质心位置，Δφ、Δγ分别为俯仰角和横滚角两个独立指向系统误差。

4.根据权利要求2所述的标定激光雷达时变参数的方法，其特征在于，所述每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差的确定方法，具体包括：

在所述轨道上升段和所述轨道下降段上分别获取最终的轨道交叉点两侧预设数量的激光波束在连续多个测量时刻测量的多个地面点经纬度；

根据所述轨道上升段和所述轨道下降段上分别获取的最终的轨道交叉点两侧预设数量的激光波束在连续多个测量时刻测量的多个地面点经纬度，分别拟合得到地面测量轨道上升段的二阶多项式函数和地面测量轨道下降段的二阶多项式函数；

根据地面测量轨道上升段的二阶多项式函数和地面测量轨道下降段的二阶多项式函数，采用非线性方程迭代计算方法，确定每个激光波束的地面轨迹交叉点在轨道上升段对应的时间和每个激光波束的地面轨迹交叉点在轨道下降段对应的时间；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段对应的时间确定每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段上的位置；所述地面轨迹交叉点的位置由地面轨迹交叉点的经度、纬度和高程三个分量组成；

根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段上的位置，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差。

5.根据权利要求1所述的标定激光雷达时变参数的方法，其特征在于，所述系统误差模型参数估计方程为

其中，a_i为距离系统误差模型的第i参数，b_i为俯仰角系统误差模型的第i参数，c_i为横滚角系统误差模型的第i参数，i＝0,1,2,4，为每个激光波束的第k个地面轨迹交叉点的位置差，Δρ为距离系统误差。

6.根据权利要求1所述的标定激光雷达时变参数的方法，其特征在于，所述系统误差模型参数解算方程为

其中，为地面轨迹交叉点的位置差，H为每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数构成的设计矩阵，/>为待估计系统误差模型的参数，ε为常数。

7.根据权利要求1所述的标定激光雷达时变参数的方法，其特征在于，所述参数优化估计方法为最小二乘法。

8.一种标定激光雷达时变参数的系统，其特征在于，所述系统包括：

测量量获取模块，用于利用多波束激光雷达卫星搭载的星载GNSS双频接收机获取每个测量时刻地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，利用多波束激光雷达卫星搭载的星载多波束激光测距设备获取每个激光波束在每个测量时刻的星地距，并利用多波束激光雷达卫星搭载的星敏感器、陀螺和激光波束指向测量设备获取每个测量时刻各个激光波束的指向在惯性坐标系中的指向观测量；

星下点轨迹获得模块，用于根据每个测量时刻在地固坐标系中的卫星位置向量和卫星速度向量，获得多波束激光雷达卫星的星下点轨迹；

地面点位置轨迹计算模块，用于根据每个激光波束在轨道上升段和轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，分别计算轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

地面轨迹交叉点确定模块，用于采用搜索法确定轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹和轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹形成的多个地面轨迹交叉点；

系统误差模型参数估计方程获得模块，用于根据每个激光波束的每个地面轨迹交叉点的位置差和每个激光波束的每个地面轨迹交叉点分别在轨道上升段和轨道下降段的位置分量相对距离系统误差模型参数和指向系统误差模型参数的偏导数，获得每个激光波束的每个地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程；

系统误差模型参数解算方程获得模块，用于以每个激光波束的每个地面轨迹交叉点在轨道上升段和轨道下降段的位置差为观测量，组合每个激光波束的所有地面轨迹交叉点对应的系统误差模型参数估计方程，获得每个激光波束的系统误差模型参数解算方程；

时变分量参数估计值获得模块，用于根据每个激光波束的系统误差模型参数解算方程，采用参数优化估计方法，获得距离系统误差模型的时变分量参数估计值和指向系统误差模型的时变分量参数估计值。

9.根据权利要求8所述的标定激光雷达时变参数的系统，其特征在于，所述系统还包括：

初始的轨道交叉点确定模块，用于采用搜索法确定星下点轨迹中轨道上升段和轨道下降段的初始的轨道交叉点；所述轨道上升段为卫星速度向量中大于零的Z轴分量对应的星下点轨迹，所述轨道下降段为卫星速度向量中小于零的Z轴分量对应的星下点轨迹；

轨道星下点获取模块，用于在所述轨道上升段和所述轨道下降段上分别获取初始的轨道交叉点两侧预设数量的轨道星下点；

上升段函数模型获得模块，用于采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧所述轨道上升段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道上升段星下点轨迹经纬度随时间变化的上升段函数模型为其中，B为纬度，L为经度，上标u表示轨道上升段，B^u为轨道上升段的纬度，L^u为轨道上升段的经度，t^u为轨道上升段的时间变量，/>为轨道上升段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道上升段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道上升段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

下降段函数模型获得模块，用于采用二阶多项式拟合法，以时间为参数拟合初始的轨道交叉点两侧所述轨道下降段上的预设数量的轨道星下点的经纬度分量，获得轨道下降段星下点轨迹经纬度随时间变化的下降段函数模型为其中，上标d表示轨道下降段，B^d为轨道下降段的纬度，L^d为轨道下降段的经度，t^d为轨道下降段的时间变量，/>为轨道下降段的拟合参考时间，/>和/>分别为轨道下降段的纬度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数，/>和/>分别为轨道下降段的经度函数模型的第一参数、第二参数和第三参数；

最终的轨道交叉点计算模块，用于根据所述上升段函数模型和所述下降段函数模型，利用公式采用非线性方程迭代法计算最终的轨道交叉点；其中，/>为轨道上升段在最终的轨道交叉点对应的时间，/>为轨道下降段在最终的轨道交叉点对应的时间。

10.根据权利要求8所述的标定激光雷达时变参数的系统，其特征在于，所述地面点位置轨迹计算模块，具体包括：

地面点位置计算子模块，用于根据每个激光波束在所述轨道上升段和所述轨道下降段对应的星地距和指向观测量，基于距离系统误差模型和指向系统误差模型，利用公式分别计算轨道上升段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置和轨道下降段每个激光波束在对应测量时刻测量的地面点位置；

地面点位置轨迹构成子模块，用于轨道上升段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道上升段每个激光波束的地面点位置轨迹，轨道下降段每个激光波束测量的所有地面点位置构成轨道下降段每个激光波束的地面点位置轨迹；

其中，为轨道上升段每个激光波束或轨道下降段每个激光波束在测量时刻j测量的地面点位置，/>为测量时刻j的卫星质心位置，M_sen为星敏感器坐标系到惯性坐标系转换矩阵，M₀为卫星星体坐标系到星敏感器坐标系转换矩阵，M_c为指向偏差系统误差修正矩阵，M_las为星体坐标系到激光雷达坐标系转换矩阵，/>为每个激光波束在测量时刻j激光雷达激光波束指向观测向量，/>为每个激光波束在测量时刻j雷达测量的星地距观测量，Δρ为距离系统误差，Δr_trop为大气延迟改正，/>为测量时刻j激光雷达测量点相对卫星质心位置，Δφ、Δγ分别为俯仰角和横滚角两个独立指向系统误差。