《對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》 (報(bào)批稿)編制說(shuō)明

《對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》編制說(shuō)明數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范201933003送審行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)名稱：對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范(此欄送審時(shí)填寫(xiě))報(bào)批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)名稱：對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范(此欄報(bào)批時(shí)填寫(xiě))土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心1《對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》編制說(shuō)明編寫(xiě)組結(jié)合對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光幾何檢校技術(shù)發(fā)展需要，撰寫(xiě)了《對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》(報(bào)批稿)。本標(biāo)準(zhǔn)是自然資源部發(fā)布由對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理主要是利用激光測(cè)距信息進(jìn)一步獲取地物目標(biāo)精確的三維坐標(biāo)。然而，星載激光測(cè)高數(shù)據(jù)由于受姿態(tài)指向、軌流程尚沒(méi)有形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，處理精度難以保證。經(jīng)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理后得到的全球足印三維坐標(biāo)是一種重要的地面參考數(shù)據(jù)，不僅可以為光斑應(yīng)用提供精確地理位置，而且可以作為“高程控制”輔助光學(xué)影像測(cè)繪地理信息行業(yè)對(duì)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的技2術(shù)流程規(guī)范提出了迫切的需求。星載激光對(duì)地觀測(cè)技術(shù)作為天空地海一體化立體監(jiān)測(cè)遙感技術(shù)中的重要一環(huán)，本標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展有針對(duì)性的研究，對(duì)星載激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理的工作內(nèi)容、技術(shù)流程與技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)定。在國(guó)家大力發(fā)展對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高技術(shù)的背景下，形成規(guī)范化的激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理流程，有助于促進(jìn)其技術(shù)進(jìn)步，形成良好的行業(yè)應(yīng)用，促進(jìn)星載激光測(cè)高技術(shù)更好地服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，具有重要的意義。3.起草單位及主要起草人1)承擔(dān)單位和協(xié)作單位本標(biāo)準(zhǔn)由自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心作為主編單位，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)、東北林業(yè)大學(xué)、中科院上海技術(shù)物理研究所、中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院508所、武漢大學(xué)、湖南科技大學(xué)、中國(guó)人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)作為參編單位共同完成。2)主要起草人及其所做工作編制任務(wù)下達(dá)后，自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心、武漢大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)、東北林業(yè)大學(xué)、中科院上海技術(shù)物理研究所、中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五〇八研究所、湖南科技大學(xué)、中國(guó)人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)。等共同成立了編制組。編制組成員包括總體技術(shù)負(fù)責(zé)人和長(zhǎng)期從事激光數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員和專家分工合作開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)各章節(jié)的編寫(xiě)，編制組主要人員組成及分工見(jiàn)表1。表1編制組人員分工序號(hào)姓名單位任務(wù)分工備注1唐新明自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要技術(shù)內(nèi)容修訂研究工作32莫凡自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心負(fù)責(zé)規(guī)范技術(shù)路線確定、大綱框架規(guī)劃、規(guī)范修改與審稿3李國(guó)元自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心負(fù)責(zé)技術(shù)內(nèi)容把關(guān)4謝俊峰自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和內(nèi)容修訂研究工作5陳繼溢自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心負(fù)責(zé)激光數(shù)據(jù)預(yù)處理和足印數(shù)據(jù)處理等部分編寫(xiě)6劉詔自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心負(fù)責(zé)激光波形數(shù)據(jù)處理等部分編寫(xiě)7金濤勇武漢大學(xué)參與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容編制8朱廣彬自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心負(fù)責(zé)相關(guān)內(nèi)容編寫(xiě)與協(xié)助統(tǒng)稿9王成中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院參與標(biāo)準(zhǔn)起草及資料的搜集康志忠中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)參與標(biāo)準(zhǔn)起草及資料的搜集邢艷秋東北林業(yè)大學(xué)參與標(biāo)準(zhǔn)起草及資料的搜集黃庚華中科院上海技術(shù)物理研所參與標(biāo)準(zhǔn)起草及資料的搜集李旭中國(guó)航天科技集團(tuán)公司負(fù)責(zé)部分內(nèi)容的起草與審查周輝武漢大學(xué)負(fù)責(zé)部分內(nèi)容的起草與審查周平自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心參與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容編制李少寧湖南科技大學(xué)負(fù)責(zé)部分內(nèi)容的起草與審查范大昭中國(guó)人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)負(fù)責(zé)相關(guān)內(nèi)容編寫(xiě)與協(xié)助統(tǒng)稿傅征博自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心參與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容編制外有關(guān)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，以及對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理的實(shí)際實(shí)施情況，編制組開(kāi)始起草標(biāo)準(zhǔn)草案。社交軟件、電子郵件和視頻會(huì)議的形式與對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域生產(chǎn)作業(yè)單位、大學(xué)、科研院所的多位技術(shù)專家和生產(chǎn)專家進(jìn)行多次4交流探討，并根據(jù)專家意見(jiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行修改完善，完成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿和編制說(shuō)明。星應(yīng)用分技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作管理規(guī)定要求，征求意見(jiàn)稿發(fā)至衛(wèi)星應(yīng)用分技委全體委員、相關(guān)測(cè)繪單位和相關(guān)單位的專家，并在自然資源標(biāo)準(zhǔn)化信息服務(wù)平臺(tái)開(kāi)始廣泛征求有關(guān)單位及專家的意見(jiàn)。收到的回函單位數(shù)28對(duì)標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿進(jìn)行了詳細(xì)的修改，形成送審討論稿。階段海事大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、自然資源部測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化研究所、中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院、河海大學(xué)、中國(guó)海洋大學(xué)、國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心、中國(guó)自然資源航空物探遙感中心的專家參加預(yù)審會(huì)，專家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)送審討論稿和編制說(shuō)明提出了針對(duì)性意見(jiàn)，意見(jiàn)主要集中在規(guī)范的適用范圍、書(shū)寫(xiě)形式與內(nèi)容邏輯性等方面。2021年11月，全國(guó)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)衛(wèi)星應(yīng)用分技術(shù)委員會(huì)召開(kāi)了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)審會(huì)，編制組匯報(bào)了預(yù)審會(huì)專家的意見(jiàn)修改情況，制定了下一步的工作計(jì)劃。由于疫情等原因，標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)進(jìn)度滯后，后續(xù)編寫(xiě)組將加快編寫(xiě)進(jìn)度，盡快上會(huì)評(píng)審。2022年2月，編制組根據(jù)預(yù)審會(huì)專家提出的意見(jiàn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)及其編制說(shuō)明進(jìn)行了認(rèn)真修改，形成標(biāo)準(zhǔn)送審稿。5員會(huì)衛(wèi)星應(yīng)用分技術(shù)委員會(huì)組織召開(kāi)了標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)，參加審查會(huì)的有中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所、國(guó)家測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心、自然資源部測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化研究所、陜西測(cè)繪地理信息局、黑龍江測(cè)繪地理信息局、四川測(cè)繪地理信息局、自然資源部重慶測(cè)繪院、武給出了審查結(jié)論。形成標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)(1)全面性對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理是借助衛(wèi)星激光測(cè)高儀開(kāi)展天空地海一體化立體監(jiān)測(cè)中重要的一項(xiàng)技術(shù)，遵循測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)體系，確定本標(biāo)準(zhǔn)的定位、內(nèi)容以及與其它標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中充分考慮到行業(yè)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和實(shí)際工作需求，依托已有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和前期研究基礎(chǔ)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，凝練測(cè)高數(shù)據(jù)處理技術(shù)中規(guī)范流程。旨在保證標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容規(guī)范、對(duì)實(shí)際工作有指導(dǎo)作用，為形成統(tǒng)一而全面的行業(yè)技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)后續(xù)作業(yè)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，并為未來(lái)技術(shù)留有發(fā)展空間。(2)適用性本標(biāo)準(zhǔn)與同期申報(bào)的《對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光幾何檢校技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相互協(xié)調(diào)，保持標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容間的一致性，避免新制定標(biāo)準(zhǔn)同已經(jīng)頒布實(shí)施或正在報(bào)批的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的沖突和矛盾。本標(biāo)準(zhǔn)是在上述對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)6星激光幾何檢校技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，對(duì)經(jīng)檢校后的衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理作業(yè)相關(guān)規(guī)范和約定的補(bǔ)充完善，對(duì)共同完善衛(wèi)星激光測(cè)高儀對(duì)地觀測(cè)系列標(biāo)準(zhǔn)體系起到積極作用。(3)可操作性對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理涉及較多新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線也差異較大，因此需要明確最基本、最普遍適用的技術(shù)指標(biāo)和要求以進(jìn)行規(guī)范和約定，使之既可控制整個(gè)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理全過(guò)程的質(zhì)量，又可以充分發(fā)揮不同技術(shù)、軟件的特點(diǎn)。該技術(shù)規(guī)范明確清晰地介紹了各流程，對(duì)于技術(shù)人員而言具有較強(qiáng)的可操作性。(4)先進(jìn)性作為指導(dǎo)和規(guī)范生產(chǎn)作業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)具有先進(jìn)性與可繼承性。國(guó)內(nèi)區(qū)域或舊的指標(biāo)和要求有的必須調(diào)整以適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展和境外作業(yè)的特點(diǎn)，有的必須保留和繼承以保持測(cè)繪生產(chǎn)的延續(xù)性以及測(cè)繪成果的可靠GLAS作為全球首個(gè)對(duì)地觀測(cè)星載激光載荷，由于發(fā)射時(shí)間較早，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其研究較多。美國(guó)得克薩斯州大學(xué)的B.E.Schutz針對(duì)GLAS數(shù)據(jù)開(kāi)展了從測(cè)距到地面幾何坐標(biāo)解算的研究。Herring等對(duì)GLAS激光大氣延遲改正進(jìn)行了介紹。Carabajal等針對(duì)SLA激光測(cè)高數(shù)據(jù)幾何坐標(biāo)解算、高程精度驗(yàn)證進(jìn)行了研究，總結(jié)比較全面，但由于SLA獲得的激光足印光斑較大、硬件水平受限，處理結(jié)果并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用。針對(duì)GLAS測(cè)高數(shù)據(jù)處理開(kāi)展了研究，并參考國(guó)外學(xué)者現(xiàn)有成果，給出了GLAS數(shù)據(jù)處理流程。唐新明等人根據(jù)衛(wèi)星激光測(cè)高嚴(yán)密幾7何模型，分析我國(guó)資源三號(hào)02星激光測(cè)高的各項(xiàng)誤差來(lái)源，在激光指向角粗標(biāo)定后對(duì)資源三號(hào)激光數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。謝俊峰等人針對(duì)資源三號(hào)02星激光測(cè)高數(shù)據(jù)，開(kāi)展了幾何檢校和測(cè)高數(shù)據(jù)處理工作，檢校后處理精度優(yōu)對(duì)其在航天測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行了試驗(yàn)。在技術(shù)方法上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理開(kāi)展了一些研究，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理技術(shù)較為成熟。但是在對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理規(guī)范方面，沒(méi)有形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的技術(shù)流程規(guī)范。在具體的業(yè)務(wù)化生產(chǎn)中，不利于產(chǎn)品的分發(fā)和進(jìn)一步深化應(yīng)用，無(wú)法應(yīng)對(duì)未來(lái)國(guó)產(chǎn)激光測(cè)高數(shù)據(jù)大規(guī)模業(yè)務(wù)化處理。各行業(yè)用戶得到的激光產(chǎn)品精度存在不一致等情況，可能會(huì)嚴(yán)重滯后這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用與推廣，影響我國(guó)激光遙感事業(yè)的發(fā)展。因此，迫切需要開(kāi)展對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理規(guī)范研究，推動(dòng)我國(guó)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高發(fā)展。在本標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中，《對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光幾何檢校技術(shù)規(guī)范》等與衛(wèi)星激光測(cè)高的標(biāo)準(zhǔn)也處于報(bào)批階段，各標(biāo)準(zhǔn)之間相互協(xié)調(diào)，保持標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容間的一致性，避免新制定標(biāo)準(zhǔn)同已經(jīng)頒布實(shí)施或正在報(bào)批的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的沖突和矛盾。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理的作業(yè)流程、處理方法、精度指標(biāo)和質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，規(guī)范了對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理流程，明確在業(yè)務(wù)化生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)執(zhí)行步驟，8用于指導(dǎo)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化生產(chǎn)。本標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)是規(guī)范并指導(dǎo)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理作業(yè)環(huán)節(jié)，用于對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品生產(chǎn)。為提高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性，編制組在標(biāo)準(zhǔn)制定前期進(jìn)行了大量的調(diào)研、資料收集，以及技術(shù)試驗(yàn)等工作，在編制過(guò)程中與國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心、上海海洋大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、武漢大學(xué)、中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院、國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心、陜西測(cè)繪地理信息局、黑龍江測(cè)繪地理信息局、四川測(cè)繪地理信息局、海南測(cè)繪地理信息局、自然資源部重慶測(cè)繪院等有關(guān)單位的專家進(jìn)行了多次的交流和探討。同時(shí)充分利用主編單位的有利條件，總結(jié)凝練對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展了大量技術(shù)試驗(yàn)。這些都是本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容編制的重要依據(jù)。衛(wèi)星激光系統(tǒng)針對(duì)衛(wèi)星激光測(cè)高儀的研究已進(jìn)行了好多年，從已經(jīng)公開(kāi)的資料來(lái)看，國(guó)外衛(wèi)星激光測(cè)高系統(tǒng)主要包括對(duì)地觀測(cè)ICESat(Ice,Cloud,andLandRangefinder)系統(tǒng)、對(duì)月球觀測(cè)的CLEMENTINE系統(tǒng)。ICESat衛(wèi)星裝載的System)，其激光重復(fù)頻率40Hz，足印直徑70m，足印間距170m。GLAS經(jīng)過(guò)在軌幾何檢校，高程測(cè)量精度優(yōu)于15cm，部分地區(qū)高程測(cè)量精度在5cm左右。GLAS在兩極冰蓋的厚度及特征分布測(cè)量、大比例尺的極地冰蓋高程地圖制作領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，同時(shí)也可用于森林、海洋和海冰的高度9分布以及云層、氣溶膠分布的測(cè)量中。ICESat-2衛(wèi)星裝載的唯一載荷ATLAS(AdvancedTopographicLaserAltimeterSystem)是目前唯一的星載光子計(jì)數(shù)激光測(cè)高雷達(dá)，主要用于測(cè)量海冰變化、地表三維信息，并測(cè)量植被冠層高度用以估計(jì)全球生物總GPSICESat-2產(chǎn)品中ATL03光子高程數(shù)據(jù)和ATL06分段高程數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確度分別優(yōu)于5±13cm和3±9cm?；鹦怯^測(cè)系統(tǒng)MOLA(MarsOrbiterLaserAltimeter)、水星觀測(cè)系統(tǒng)MLA(MercuryLaserAltimeter)、空間小行星觀測(cè)系統(tǒng)NLR(NEARLaserRangefinder)、月球觀測(cè)系統(tǒng)LOLA(LunarOrbiterLaserAltimeter)等衛(wèi)星激光測(cè)高儀取得了較為成功地應(yīng)用，這具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1所示。表1國(guó)外衛(wèi)星激光系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)GLASATLASMOLA-2ClementineNRL基本參數(shù)質(zhì)量/kg30025.852.375功率/w33034.26.820.7(最高)16.5(平均)發(fā)射及軌道信息平臺(tái)ICESAT衛(wèi)星ICESAT衛(wèi)星火星探測(cè)器MGS月球探測(cè)器Clementine近地小行星探測(cè)器NEAR發(fā)射時(shí)間20032018計(jì)劃壽命/a33331軌道高度/km60050040064050觀測(cè)對(duì)象極地冰蓋、云、氣溶膠海冰、地表，植被冠層高度火星月球Eros小行星激光器型號(hào)mJ1064nm35mJ@532nm(3備份)@532nmNd：YAGNd：YAG@532/1064nmNd：YAG脈沖寬度/ns418脈沖重復(fù)頻率/HZ40Continuous@1Hz400shots@8Hz單脈沖mJ106448mJ1064nm>5能量/mJnm35mJ@532nm@532nm9mJ@532nm光束發(fā)散角/mrad0.10.4<0.5mrad@1064nm4mrad@532nm0.235接收系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡口徑Φ1.0mΦ0.8mΦ500m與高分辨率相機(jī)共用Φ12mmΦ90mm視場(chǎng)角(FOV)0.475mrad@1064nmmrad@532nm0.85mrad1mrad總接收面積5mm2>0.9mrad光電轉(zhuǎn)換器件SiAPDGeiger-modeAPDSiAPDSiAPDSiAPD時(shí)鐘計(jì)數(shù)頻率1GHz100MHz3-23MHz480MHz精度指標(biāo)垂直分辨率/m532nm:75-200m(云)0.11400.32水平分辨率/m1064nm:170m(沿徑方532nm:75-200m(云/氣溶膠)532nm：17沿徑方向:300m跨軌方向:4000m500我國(guó)第一顆衛(wèi)星激光測(cè)高儀搭載在嫦娥一號(hào)上，激光重復(fù)頻率為1Hz，理論測(cè)距精度為5m，主要用于獲取月面三維高程數(shù)據(jù)；嫦娥二號(hào)搭載的激光測(cè)高儀是嫦娥一號(hào)激光測(cè)高儀的升級(jí)版，將激光重頻由1Hz提高到5Hz；嫦娥三號(hào)的激光測(cè)高儀在技術(shù)上有較大地突破，理論測(cè)距精度優(yōu)于0.2m。一步提高地面高程測(cè)量精度，裝載了試驗(yàn)性的激光測(cè)高載荷。資源三號(hào)03載荷的有效性和可靠性，該星搭載了工程性的激光測(cè)高載荷。乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)高分七號(hào)衛(wèi)星。高分七號(hào)衛(wèi)星裝載了雙波束激光測(cè)高載荷，旨在有效保障衛(wèi)星測(cè)高精度，為1:10000比例尺航天立體測(cè)繪奠定技術(shù)基礎(chǔ)。我國(guó)目前的衛(wèi)星激光測(cè)高載表2國(guó)內(nèi)已發(fā)射或未發(fā)射的激光測(cè)高系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星資源三號(hào)02星高分七號(hào)衛(wèi)星資源三號(hào)03星碳衛(wèi)星基本參數(shù)質(zhì)量/kg23502695約2600約2600-發(fā)射及軌道信息發(fā)射情況已發(fā)射已發(fā)射已發(fā)射已發(fā)射未發(fā)射發(fā)射時(shí)間2007201620192020預(yù)計(jì)2022計(jì)劃壽命/a15885軌道高度/km200505505505500左右觀測(cè)對(duì)象月球地球地球地球地球激光器脈沖寬度/ns5-7優(yōu)于7優(yōu)于74優(yōu)于7波束單波束單波束2波束單波束5波束脈沖重復(fù)頻率/HZ123/6(檢校模式)2測(cè)距35-70,氣溶膠20單脈沖能量/mJ210待定望遠(yuǎn)鏡口徑/mm210600210待定激光波長(zhǎng)/nm1064.46望遠(yuǎn)鏡焦距/mm538600--待定光斑大小/m<20050304525距離測(cè)量范圍/km(200±25)不小于520km±20km450~550不小于520km±20km待定探測(cè)概率95%≥95%≥95%≥95%≥95%精度指標(biāo)測(cè)距精度/m5優(yōu)于1.0m(坡度優(yōu)于0.3m(坡度優(yōu)于1.0m(坡度優(yōu)于0.3姿態(tài)穩(wěn)定度——5*10-4deg/s2*10-4deg/s5*10-4deg/s5*10-4deg/s4、激光測(cè)高儀工作原理激光測(cè)距是根據(jù)激光脈沖渡越的時(shí)間來(lái)獲取距離值，接受發(fā)射t=T-接受發(fā)射根據(jù)波形確定激(1)圖1激光渡越時(shí)間示意圖激光到觀測(cè)表面的距離可表示為:R=c.t(2)激光測(cè)高幾何模型示意圖如圖2所示，衛(wèi)星激光測(cè)高儀通過(guò)發(fā)射和接受激光脈沖的時(shí)間差來(lái)推算目標(biāo)到衛(wèi)星的距離，再根據(jù)衛(wèi)星的姿態(tài)軌道參數(shù)解算出衛(wèi)星到該目標(biāo)處參考橢球的距離，從而得到目標(biāo)距離參考橢球的相對(duì)高程信息。圖2激光測(cè)高儀幾何模型激光數(shù)據(jù)處理精度的要求衛(wèi)星激光是獲取大范圍地面高精度高程信息的有效手段之一，獲取的地面信息主要包括平面和高程兩個(gè)方面。由于激光的肉眼不可見(jiàn)，平面信息一般采用在軌幾何檢校對(duì)其進(jìn)行控制，約束在合理的范圍內(nèi)，屬于在軌幾何檢校的范疇。因此在衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，對(duì)平面精度不作要求。高程精度是衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵，是評(píng)價(jià)激光數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此在激光數(shù)據(jù)處理過(guò)程中主要對(duì)高程精度進(jìn)行要求。衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理的精度極限主要包括三部分：激光測(cè)高儀的載荷設(shè)計(jì)精度、激光在軌幾何檢校精度和衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理算法精度。激光測(cè)高儀的載荷設(shè)計(jì)精度是激光數(shù)據(jù)處理精度的天花板，理論上，無(wú)論地面采用任何方法都只能無(wú)限接近載荷設(shè)計(jì)精度，因此數(shù)據(jù)處理對(duì)這部分精度不作要求。激光在軌幾何檢校是在衛(wèi)星在軌初期和業(yè)務(wù)化運(yùn)行后周期性開(kāi)展的工作，是衛(wèi)星在軌后通過(guò)地面手段無(wú)限接近載荷設(shè)計(jì)精度的必要途徑，在編寫(xiě)組編寫(xiě)的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(同期上報(bào))中已經(jīng)做了要求，這里也不做要求。衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理算法精度是本標(biāo)準(zhǔn)研究的主要內(nèi)容，如標(biāo)準(zhǔn)所述，主要包括：處理模型、大氣校正、潮汐改正等多個(gè)過(guò)程，每個(gè)環(huán)節(jié)都存在誤差，綜合考慮激光指向參數(shù)、激光測(cè)距值和各項(xiàng)改正參數(shù)中存在的隨機(jī)誤差，在光斑內(nèi)地形坡度小于15°的平坦地面區(qū)域，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理要求最終激光測(cè)高產(chǎn)品高程中誤差優(yōu)于℉+0.2m，℉為線性體制衛(wèi)星激光測(cè)高儀經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)校后的距離測(cè)量精度，高程精度計(jì)算方法、驗(yàn)證試驗(yàn)的情況和結(jié)果個(gè)；記錄為有效數(shù)據(jù)的激光點(diǎn)共458個(gè)。數(shù)據(jù)覆蓋范圍包括：蒙古國(guó)和我圖3資源三號(hào)02星第一軌激光足印點(diǎn)在地圖上的分布示意圖激光測(cè)高數(shù)據(jù)以來(lái)，共獲得了190軌數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了業(yè)務(wù)化處理，獲得了約3.2萬(wàn)個(gè)高精度高程控制點(diǎn)，其分布如圖4所示?；诒緲?biāo)準(zhǔn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)圖4資源三號(hào)02星44軌激光測(cè)高數(shù)據(jù)分布示意圖資源三號(hào)02星激光測(cè)高儀每軌開(kāi)機(jī)時(shí)間大約為10分鐘，獲得的點(diǎn)數(shù)在800-1000個(gè)左右。如圖中紅色的代表兩軌比較特別的數(shù)據(jù)，其中位于中國(guó)境內(nèi)的1軌為衛(wèi)星夜間升軌時(shí)開(kāi)機(jī)獲得的激光測(cè)高數(shù)據(jù)，另一軌則位于境外的北美地區(qū)。目前所有激光測(cè)高數(shù)據(jù)中硬件記錄為有效的數(shù)據(jù)所占比例如圖5所圖5資源三號(hào)02星激光測(cè)高數(shù)據(jù)硬件記錄有效的點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)對(duì)所有的資源三號(hào)02星激光測(cè)高數(shù)據(jù)處理完后，采用公開(kāi)版的分辨率換成WGS84大地高，然后與02星的SLA高程數(shù)據(jù)作差，取差值絕對(duì)值與2000m、50m、10m、5m、2m幾個(gè)閾值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。總體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖6。圖6資源三號(hào)02星高程誤差統(tǒng)計(jì)mm據(jù)，統(tǒng)計(jì)了不同地形類別下的激光足印點(diǎn)高程誤差，結(jié)果如表和圖7所示。表5資源三號(hào)02星激光測(cè)高數(shù)據(jù)高程精度統(tǒng)計(jì)表(單位：有效點(diǎn)為個(gè)，其它為米)軌道號(hào)平地(2o以下)丘陵(2o~6o)山地(6o~25o)有效均值中誤差點(diǎn)有效點(diǎn)均值中誤差有效均值中誤差點(diǎn)6561490.8545.94359.32017.977512.81617.8699143290.4585.3552911.08815.3183312.24718.7139151230.9205.0997.34814.301935718.0479293230.8377.452209.87213.4398.9404.209444470.3436.8354710.38315.8317.2919452461.6195.4709.33014.050512.69116.5479592921.1918.61414715.16072.74616.5269914460.4755.9088.54715.9612714.51618.69810352751.5786.289359.88215.6613112.02615.37110503262.2973.60926.8747.845412.34715.28410513070.1466.4364539515.128379.52416.00810812381.0456.865307.25312.8853212.87517.34812632510.9175.27277.81614.6719.37717.48714761520.5315.92390.6409.873616.25517.661總均值0.9446.07614.14949116.932圖7不同地形條件下資源三號(hào)02星激光高程精度示意圖表3下傳數(shù)據(jù)情況表軌道號(hào)總點(diǎn)數(shù)回波點(diǎn)數(shù)無(wú)回波點(diǎn)數(shù)有效率90001848674.8%資源三號(hào)03星激光數(shù)據(jù)包將多軌多次激光開(kāi)機(jī)數(shù)據(jù)打包合并為一包數(shù)據(jù)下傳至地面，其中可能包含多段覆蓋全球的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)，可能存在時(shí)間上、空間上的不連續(xù)，如首軌數(shù)據(jù)覆蓋范圍包括：俄羅斯、蒙古國(guó)、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、巴基斯坦以及我國(guó)內(nèi)蒙古、新疆地區(qū)，如圖8示。圖8資源三號(hào)03星首軌激光數(shù)據(jù)分布圖受天氣等因素影響，部分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)效，剔除無(wú)效的測(cè)距數(shù)據(jù)后，計(jì)算每個(gè)激光點(diǎn)測(cè)距值如圖9所示，測(cè)距范圍為：495936.135m~506360.535m。圖9資源三號(hào)03星激光首軌有效測(cè)距分析由于資源三號(hào)03星采用閾值法，且采用三通道波形前后緣匹配的方分為3類：1)TH1：寬帶高閾值通道2)TH2：寬帶低閾值通道3)TH3：寬帶寬閾值通道由于地形影響，首軌數(shù)據(jù)中并非所有數(shù)據(jù)均采用TH1通道計(jì)算，各通道計(jì)算的數(shù)據(jù)量如表4所示：表4通道計(jì)算數(shù)量軌道號(hào)總有效點(diǎn)數(shù)TH1點(diǎn)數(shù)TH2點(diǎn)數(shù)TH3點(diǎn)數(shù)900018其中默認(rèn)為T(mén)H1通道計(jì)算的測(cè)距精度最高，故得到最優(yōu)測(cè)距有效率如表5最優(yōu)測(cè)距有效率表軌道號(hào)總點(diǎn)數(shù)有效點(diǎn)數(shù)有效率TH1點(diǎn)數(shù)TH1有效率90001874.8%64.7%歐洲、北美洲，南美洲地區(qū)。目前尚