卫星激光测距自动数据处理算法的研究

摘要

目前，卫星激光测距(SLR)是各种定轨观测手段中精度最高的一种，目前精度为亚厘米级，正在研制的第四代卫星激光测距系统预期精度为毫米量级。由于卫星轨道距离地面远，甚至高达几万千米，激光测距回波信号非常微弱，含有大量的噪声，基本是在单光子量级上进行操作的，所以即使没有回波信号，来自任何噪声源的无用的光子也可能触发单光子探测器电子。既然所有的接收光子无法相互区分，那么辨识有效回波将是非常困难的事情。 常规的SLR数据处理一般依赖操作人员的经验，通过人眼进行人工屏幕操作提取有效回波信号。本论文在分析卫星激光测距回波光子数统计分布特征的基础上，设计和实现了一种自动数据处理算法，它采用预处理、Poisson统计滤波和多项式滤波相结合的滤波算法。本文对Poisson统计滤波算法中一个很重要的参数-Poisson统计判别阈值的确定方法进行了研究，提出一种新的Poisson统计阈值判别准则一k*sigma(k=3∽5)阈值判别准则。现有实测数据的处理结果表明，该算法有很好的滤噪效果，对距离窗的宽度调整有较好的鲁棒性。 本论文还分析了时间偏差、距离偏差的物理含义及其对数据处理精度的影响，并设计了标准点算法。现有实测数据的处理结果表明，生成的标准点精度明显好于常规算法生成的标准点精度，达到了毫米级。 本论文还对不同环境条件下的激光测距进行了噪声估计、虚警概率、回波探测概率以及探测成功率的估算，在此基础上，研究了卫星激光测距系统提高测距回波成功率应采取的一些技术和措施。 本论文已经对自动数据处理算法进行了深入研究，对KHz SLR卫星观测数据进行了初步仿真。为了加快本文研究内容的实用化进程，需要对算法进一步优化，还有许多工作要做。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究目的及意义

1.2卫星激光测距系统概述

1.2.1卫星激光测距的原理

1.2.2卫星激光测距系统组成及工作过程

1.3卫星激光测距数据处理方法国内外研究现状

1.3.1屏幕处理技术

1.3.2 Graz快速回波辨识算法

1.3.3 SLR2000系统的相关检测算法

1.3.4 Poisson统计滤波算法

1.3.5其他数据处理算法

1.3.6标准点算法

1.4主要研究任务

第二章卫星激光测距理论分析与计算

2.1概述

2.2回波光子数统计分布

2.2.1泊松(Poisson)分布

2.2.2回波光子数其他统计分布假设讨论

2.3光子探测概率、虚警概率等理论计算

2.4本章小结

第三章滤波算法的建模与分析

3.1概述

3.2预处理算法的设计与分析

3.2.1预处理算法原理及算法设计

3.2.2算法测试及分析

3.3 POISSON统计滤波算法的设计与分析

3.3.1 Poisson统计滤波算法原理及算法设计

3.3.2算法测试及分析

3.4多项式滤波算法的设计与分析

3.4.1多项式滤波算法原理及算法设计

3.4.2算法测试及分析

3.5本章小结

第四章时间偏差、距离偏差的物理含义与解算方法研究

4.1概述

4.2时间偏差、距离偏差的物理含义分析

4.3时间偏差、距离偏差的解算方法研究

4.4本章小结

第五章标准点算法的设计与分析

5.1概述

5.2标准点算法设计

5.3标准点算法测试与分析

5.3本章小结

第六章KHZ卫星激光测距系统相关问题讨论

6.1 KHz卫星激光测距系统概述

6.1.1KHz系统的特点及要求

6.1.2数值仿真及分析

6.2自动数据处理软件其他子模块

6.2.1观测数据的匹配

6.2.2数据结果的匹配

6.3自动数据处理软件相关问题讨论

6.3.1数据处理软件测试精度分析

6.3.2白天激光测距

6.4本章小结

第七章结论

8.1研究成果与创新点

8.2进一步的工作和建议

参考文献

附录

致谢