CN106767922B - 一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***及定标方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***，包括北斗二代卫星导航定位***、北斗卫星通信***、岸边基站、卫星定标器和海洋卫星星载高度计数据服务器，同时还公开了该定标***的定标方法，岸边基站计算数据采集器所在海域高程与经过修正的海洋卫星星载高度计高程之间的绝对偏差，完成定标工作。该***可以对任一海洋卫星星载高度计开展全球全天候的在轨绝对定标工作，避免陆地或者海岸带对海洋卫星星载高度计信号的影响，提高定标结果精度，该发明***提高了海洋卫星星载高度计在轨绝对定标工作的智能化，节约了定标工作的成本。

Description

一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***及定标方法
技术领域
本发明属于海洋测绘领域，涉及一种基于北斗二代卫星导航定位***和北斗卫星通信***的海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***及定标方法。
背景技术
卫星测高技术以其较高的测量精度、良好的覆盖能力，为全球海平面变化监测、海洋动力环境研究等提供重要的数据支撑，同时在海洋大地水准面和重力异常、地球物理研究方面显示出了巨大的潜力，为弹道导弹射击精度的提高及战略核潜艇提供高精度的重力场资料。
精确确定和监测全球海平面变化是卫星星载高度计的重要任务，对海洋研究及应用具有重要意义。一颗高度计卫星通常的运行寿命为5-7年，不同的高度计之间存在一定的***观测差异，同一颗高度计卫星在不同的阶段也可能出现仪器老化带来的漂移现象。为了及时发现以上的问题，保证满足卫星星载高度计设计指标要求，有效测量和消除误差源的影响，以保证长期观测数据精度的一致性和可靠性，必须进行发射后的在轨绝对定标，定量地评定测高卫星的工作状态，这是卫星星载高度计定量化应用的关键技术环节。
国际上的主要定标场有是美国Harvest石油平台、澳大利亚Bass海峡、法国Corsica岛以及希腊Crete岛，目前国内还没有卫星高度计定标场，定标成本高。同时，卫星星载高度计经过陆地或者海岸带时其回波信号都会受到干扰，降低其精度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***及定标方法，以达到可应用于全球任意海域，提高定标结果精度的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***，包括北斗二代卫星导航定位***、北斗卫星通信***、岸边基站、卫星定标器和海洋卫星星载高度计数据服务器，所述北斗二代卫星导航定位***包括北斗二代卫星和北斗二代卫星数据服务器，所述北斗卫星通信***包括北斗通信卫星和位于岸边基站、卫星定标器上的北斗通信终端，所述卫星定标器包括布设于海洋卫星星下点海域的载体上的数据采集器，所述数据采集器包括电压转换模块和处理器，所述处理器与姿态传感器、北斗通信终端和北斗信号采集模块相连；所述岸边基站分别与北斗二代卫星数据服务器和海洋卫星星载高度计数据服务器相连，且岸边基站通过北斗卫星通信***与卫星定标器的数据采集器信号连接，数据采集器与北斗二代卫星信号连接。
上述方案中，所述载体为浮标体。
上述方案中，所述载体上还设有与电压转换模块连接的电池组和太阳能电池板。
上述方案中，所述数据采集器还包括与处理器连接的气象传感器。
上述方案中，所述电压转换模块通过PCI/ISA总线与处理器连接。
上述方案中，所述北斗通信终端以短报文的方式完成数据采集器和岸边基站的数据通信，并通过串口与处理器连接。
上述方案中，所述姿态传感器以50Hz的采样率输出数据采集器的姿态信息，包括横滚角、俯仰角和偏航角，并通过CAN总线与处理器连接。
进一步的技术方案中，所述浮标体为直径10米的不锈钢结构，提供足够的空间放置电池组和太阳能电池板，保证卫星定标器至少能够连续工作2年。
进一步的技术方案中，所述岸边基站还包括工控机。
一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，包括如下步骤：
(1)岸边基站通过网络从北斗二代卫星数据服务器上实时下载采样间隔为15分钟的北斗精密星历和钟差，并进行分析，编码、打包，通过北斗卫星通信***发送至数据采集器；
(2)数据采集器解码北斗精密星历和钟差，并采用15阶拉格朗日多项式对采样间隔为15分钟的北斗精密星历和钟差数据进行内插，得到采样间隔为1s的北斗精密星历和钟差数据；
(3)数据采集器接收北斗二代卫星发射的电磁波信号，将其转换成采样间隔为1s的伪距、载波相位和导航信息；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的观测量组成观测方程，求解出数据采集器所在海域的经纬度坐标及高程信息，并对高程信息进行姿态改正；数据采集器将计算得到的时间、经纬度坐标和高程信息进行编码、打包，通过北斗卫星通信***发送至岸边基站；
(5)岸边基站接收、解码数据采集器发回的数据，对其中的高程信息进行椭球改正，将高程基准统一到被定标的海洋卫星的高程基准；
(6)岸边基站通过网络从海洋卫星星载高度计数据服务器下载海洋卫星星载高度计数据，剔除粗差，选取离数据采集器最近的星下点的位置，通过内插计算出数据采集器所处海域的海洋卫星星载高度计高程，并对其进行干湿延迟改正、电离层延迟改正、固体潮改正、极潮改正和海洋载荷潮改正；
(7)岸边基站计算步骤(5)得到的数据采集器所在海域高程与步骤(6)得到的经过修正的海洋卫星星载高度计高程之间的绝对偏差，完成定标工作。
通过上述技术方案，本发明提供的海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***和定标方法可以对任一海洋卫星星载高度计开展全球全天候的在轨绝对定标工作，避免陆地或者海岸带对海洋卫星星载高度计信号的影响，提高定标结果精度，该发明***提高了海洋卫星星载高度计在轨绝对定标工作的智能化，节约了定标工作的成本。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***原理示意图；
图2为本发明实施例所公开的卫星定标器的组成示意图。
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。
本发明提供了一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***及定标方法，可以提高定标工作的智能化，节约定标成本，提高定标精度。
如图1所示的海洋卫星星载高度计在轨绝对定标***，包括北斗二代卫星导航定位***、北斗卫星通信***、岸边基站、卫星定标器和海洋卫星星载高度计数据服务器。
北斗二代卫星导航定位***包括北斗二代卫星和北斗二代卫星数据服务器，北斗卫星通信***包括北斗通信卫星和位于岸边基站、卫星定标器上的北斗通信终端，卫星定标器包括布设于海洋卫星星下点海域的浮标体上的数据采集器，数据采集器包括电压转换模块和处理器，处理器与姿态传感器、气象传感器、北斗通信终端和北斗信号采集模块相连；岸边基站分别与北斗二代卫星数据服务器和海洋卫星星载高度计数据服务器相连，且岸边基站通过北斗卫星通信***与卫星定标器的数据采集器信号连接，数据采集器与北斗二代卫星信号连接。
处理器采集各个传感器数据，运行数据处理软件，回传及存储数据处理结果。
浮标体上还设有与电压转换模块连接的电池组和太阳能电池板。电压转换模块的功能是稳定电压和变换电压，通过PCI/ISA总线与处理器连接，输入为浮标体内的电池组和太阳能电池板，输出为各个模块所需电压。
北斗通信终端以短报文的方式完成数据采集器和岸边基站的数据通信，并通过串口与处理器连接。
姿态传感器以50Hz的采样率输出数据采集器的姿态信息，包括横滚角、俯仰角和偏航角，并通过CAN总线与处理器连接。
浮标体为直径10米的不锈钢结构，提供足够的空间放置电池组和太阳能电池板，保证卫星定标器至少能够连续工作2年。
岸边基站由工控机和北斗通信终端组成，工控机运行数据处理软件，通过网络从北斗二代卫星数据服务器上下载北斗二代卫星导航定位***的精密星历和钟差数据，从卫星星载高度计的数据服务器上下载卫星星载高度计数据，通过北斗通信终端向数据采集器发送精密卫星星历和钟差数据，接收数据采集器回传的观测信息，与卫星星载高度计数据进行解算，获得定标结果。
一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，包括如下步骤：
(1)岸边基站通过网络从北斗二代卫星数据服务器上实时下载采样间隔为15分钟的北斗精密星历和钟差，并进行分析，编码、打包，通过北斗卫星通信***发送至数据采集器；
(2)数据采集器解码北斗精密星历和钟差，并采用15阶拉格朗日多项式对采样间隔为15分钟的北斗精密星历和钟差数据进行内插，得到采样间隔为1s的北斗精密星历和钟差数据；
(3)数据采集器接收北斗二代卫星发射的电磁波信号，将其转换成采样间隔为1s的伪距、载波相位和导航信息；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的观测量组成观测方程，根据电磁波的时间和光速，可以得出北斗二代卫星和数据采集器之间的距离，在特定的坐标系下，结合北斗二代卫星的坐标，求解出数据采集器所在海域的经纬度坐标及高程信息，并对高程信息进行姿态改正；数据采集器将计算得到的时间、经纬度坐标和高程信息进行编码、打包，通过北斗卫星通信***发送至岸边基站；
(5)岸边基站接收、解码数据采集器发回的数据，对其中的高程信息进行椭球改正，将高程基准统一到被定标的海洋卫星的高程基准；
(6)岸边基站通过网络从海洋卫星星载高度计数据服务器下载海洋卫星星载高度计数据，剔除粗差，选取离数据采集器最近的星下点的位置，通过内插计算出数据采集器所处海域的卫星星载高度计高程，并对其进行干湿延迟改正、电离层延迟改正、固体潮改正、极潮改正和海洋载荷潮改正；
(7)岸边基站计算步骤(5)得到的数据采集器所在海域高程与步骤(6)得到的经过修正的海洋卫星星载高度计高程之间的绝对偏差，完成定标工作。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，绝对定标***包括北斗二代卫星导航定位***、北斗卫星通信***、岸边基站、卫星定标器和海洋卫星星载高度计数据服务器，所述北斗二代卫星导航定位***包括北斗二代卫星和北斗二代卫星数据服务器，所述北斗卫星通信***包括北斗通信卫星和位于岸边基站、卫星定标器上的北斗通信终端，所述卫星定标器包括布设于海洋卫星星下点海域的载体上的数据采集器，所述数据采集器包括电压转换模块和处理器，所述处理器与姿态传感器、北斗通信终端和北斗信号采集模块相连；所述岸边基站分别与北斗二代卫星数据服务器和海洋卫星星载高度计数据服务器相连，且岸边基站通过北斗卫星通信***与卫星定标器的数据采集器信号连接，数据采集器与北斗二代卫星信号连接；其特征在于，绝对定标方法包括如下步骤：
(1)岸边基站通过网络从北斗二代卫星数据服务器上实时下载采样间隔为15分钟的北斗精密星历和钟差，并进行分析，编码、打包，通过北斗卫星通信***发送至数据采集器；
(2)数据采集器解码北斗精密星历和钟差，并采用15阶拉格朗日多项式对采样间隔为15分钟的北斗精密星历和钟差数据进行内插，得到采样间隔为1s的北斗精密星历和钟差数据；
(3)数据采集器接收北斗二代卫星发射的电磁波信号，将其转换成采样间隔为1s的伪距、载波相位和导航信息；
(4)将步骤(2)和步骤(3)得到的观测量组成观测方程，求解出数据采集器所在海域的经纬度坐标及高程信息，并对高程信息进行姿态改正；数据采集器将计算得到的时间、经纬度坐标和高程信息进行编码、打包，通过北斗卫星通信***发送至岸边基站；
(5)岸边基站接收、解码数据采集器发回的数据，对其中的高程信息进行椭球改正，将高程基准统一到被定标的海洋卫星的高程基准；
(6)岸边基站通过网络从海洋卫星星载高度计数据服务器下载海洋卫星星载高度计数据，剔除粗差，选取离数据采集器最近的星下点的位置，通过内插计算出数据采集器所处海域的卫星星载高度计高程，并对其进行干湿延迟改正、电离层延迟改正、固体潮改正、极潮改正和海洋载荷潮改正；
(7)岸边基站计算步骤(5)得到的数据采集器所在海域高程与步骤(6)得到的经过修正的海洋卫星星载高度计高程之间的绝对偏差，完成定标工作。
2.根据权利要求1所述的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，其特征在于，所述载体为浮标体。
3.根据权利要求1所述的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，其特征在于，所述载体上还设有与电压转换模块连接的电池组和太阳能电池板。
4.根据权利要求1所述的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，其特征在于，所述数据采集器还包括与处理器连接的气象传感器。
5.根据权利要求1所述的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，其特征在于，所述电压转换模块通过PCI/ISA总线与处理器连接。
6.根据权利要求1所述的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，其特征在于，所述北斗通信终端以短报文的方式完成数据采集器和岸边基站的数据通信，并通过串口与处理器连接。
7.根据权利要求1所述的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，其特征在于，所述姿态传感器以50Hz的采样率输出数据采集器的姿态信息，包括横滚角、俯仰角和偏航角，并通过CAN总线与处理器连接。
8.根据权利要求2所述的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，其特征在于，所述浮标体为直径10米的不锈钢结构，提供足够的空间放置电池组和太阳能电池板，保证卫星定标器至少能够连续工作2年。
9.根据权利要求1所述的一种海洋卫星星载高度计在轨绝对定标方法，其特征在于，所述岸边基站还包括工控机。
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