《對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》 (報批稿)編制說明

《對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》編制說明數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范201933003送審行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)名稱：對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范(此欄送審時填寫)報批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)名稱：對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范(此欄報批時填寫)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心1《對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》編制說明編寫組結(jié)合對地觀測衛(wèi)星激光幾何檢校技術(shù)發(fā)展需要，撰寫了《對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范》(報批稿)。本標(biāo)準(zhǔn)是自然資源部發(fā)布由對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理主要是利用激光測距信息進一步獲取地物目標(biāo)精確的三維坐標(biāo)。然而，星載激光測高數(shù)據(jù)由于受姿態(tài)指向、軌流程尚沒有形成統(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)影像測繪地理信息行業(yè)對對地觀測衛(wèi)星激光測高數(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。星載激光對地觀測技術(shù)作為天空地海一體化立體監(jiān)測遙感技術(shù)中的重要一環(huán)，本標(biāo)準(zhǔn)開展有針對性的研究，對星載激光測高數(shù)據(jù)處理的工作內(nèi)容、技術(shù)流程與技術(shù)要求進行規(guī)定。在國家大力發(fā)展對地觀測衛(wèi)星激光測高技術(shù)的背景下，形成規(guī)范化的激光測高數(shù)據(jù)處理流程，有助于促進其技術(shù)進步，形成良好的行業(yè)應(yīng)用，促進星載激光測高技術(shù)更好地服務(wù)國民經(jīng)濟建設(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)由自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心作為主編單位，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、中國地質(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、中國航天科技集團公司第五研究院508所、武漢大學(xué)、湖南科技大學(xué)、中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(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)下達后，自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心、武漢大學(xué)、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、中國地質(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、中國航天科技集團公司第五研究院第五〇八研究所、湖南科技大學(xué)、中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(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展標(biāo)準(zhǔn)各章節(jié)的編寫，編制組主要人員組成及分工見表1。表1編制組人員分工序號姓名單位任務(wù)分工備注1唐新明自然資源部國土衛(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，主要技術(shù)內(nèi)容修訂研究工作32莫凡自然資源部國土衛(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李國元自然資源部國土衛(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)計和內(nèi)容修訂研究工作5陳繼溢自然資源部國土衛(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6劉詔自然資源部國土衛(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土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心負(fù)責(zé)相關(guān)內(nèi)容編寫與協(xié)助統(tǒng)稿9王成中國科學(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航天科技集團公司負(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人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué)負(fù)責(zé)相關(guān)內(nèi)容編寫與協(xié)助統(tǒng)稿傅征博自然資源部國土衛(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)，以及對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理的實際實施情況，編制組開始起草標(biāo)準(zhǔn)草案。社交軟件、電子郵件和視頻會議的形式與對地觀測衛(wèi)星激光測高數(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)專家進行多次4交流探討，并根據(jù)專家意見對標(biāo)準(zhǔn)草案進行修改完善，完成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿和編制說明。星應(yīng)用分技術(shù)委員會標(biāo)準(zhǔn)化工作管理規(guī)定要求，征求意見稿發(fā)至衛(wèi)星應(yīng)用分技委全體委員、相關(guān)測繪單位和相關(guān)單位的專家，并在自然資源標(biāo)準(zhǔn)化信息服務(wù)平臺開始廣泛征求有關(guān)單位及專家的意見。收到的回函單位數(shù)28對標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿進行了詳細(xì)的修改，形成送審討論稿。階段海事大學(xué)、中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、自然資源部測繪標(biāo)準(zhǔn)化研究所、中國測繪科學(xué)研究院、河海大學(xué)、中國海洋大學(xué)、國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心、中國自然資源航空物探遙感中心的專家參加預(yù)審會，專家對標(biāo)準(zhǔn)送審討論稿和編制說明提出了針對性意見，意見主要集中在規(guī)范的適用范圍、書寫形式與內(nèi)容邏輯性等方面。2021年11月，全國地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會衛(wèi)星應(yīng)用分技術(shù)委員會召開了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)審會，編制組匯報了預(yù)審會專家的意見修改情況，制定了下一步的工作計劃。由于疫情等原因，標(biāo)準(zhǔn)編寫進度滯后，后續(xù)編寫組將加快編寫進度，盡快上會評審。2022年2月，編制組根據(jù)預(yù)審會專家提出的意見，對標(biāo)準(zhǔn)及其編制說明進行了認(rèn)真修改，形成標(biāo)準(zhǔn)送審稿。5員會衛(wèi)星應(yīng)用分技術(shù)委員會組織召開了標(biāo)準(zhǔn)審查會，參加審查會的有中國測繪科學(xué)研究院、中國科學(xué)院測量與地球物理研究所、國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗測試中心、自然資源部測繪標(biāo)準(zhǔn)化研究所、陜西測繪地理信息局、黑龍江測繪地理信息局、四川測繪地理信息局、自然資源部重慶測繪院、武給出了審查結(jié)論。形成標(biāo)準(zhǔn)報批稿。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)全面性對地觀測衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理是借助衛(wèi)星激光測高儀開展天空地海一體化立體監(jiān)測中重要的一項技術(shù)，遵循測繪標(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)編制過程中充分考慮到行業(yè)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和實際工作需求，依托已有的技術(shù)優(yōu)勢和前期研究基礎(chǔ)，不斷總結(jié)經(jīng)驗，凝練測高數(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、對實際工作有指導(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，并為未來技術(shù)留有發(fā)展空間。(2)適用性本標(biāo)準(zhǔn)與同期申報的《對地觀測衛(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)頒布實施或正在報批的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的沖突和矛盾。本標(biāo)準(zhǔn)是在上述對地觀測衛(wèi)6星激光幾何檢校技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，對經(jīng)檢校后的衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理作業(yè)相關(guān)規(guī)范和約定的補充完善，對共同完善衛(wèi)星激光測高儀對地觀測系列標(biāo)準(zhǔn)體系起到積極作用。(3)可操作性對地觀測衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理涉及較多新技術(shù)，實現(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)和要求以進行規(guī)范和約定，使之既可控制整個對地觀測衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理全過程的質(zhì)量，又可以充分發(fā)揮不同技術(shù)、軟件的特點。該技術(shù)規(guī)范明確清晰地介紹了各流程，對于技術(shù)人員而言具有較強的可操作性。(4)先進性作為指導(dǎo)和規(guī)范生產(chǎn)作業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)具有先進性與可繼承性。國內(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，有的必須保留和繼承以保持測繪生產(chǎn)的延續(xù)性以及測繪成果的可靠GLAS作為全球首個對地觀測星載激光載荷，由于發(fā)射時間較早，國內(nèi)外學(xué)者對其研究較多。美國得克薩斯州大學(xué)的B.E.Schutz針對GLAS數(shù)據(jù)開展了從測距到地面幾何坐標(biāo)解算的研究。Herring等對GLAS激光大氣延遲改正進行了介紹。Carabajal等針對SLA激光測高數(shù)據(jù)幾何坐標(biāo)解算、高程精度驗證進行了研究，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)果并沒有實現(xiàn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用。針對GLAS測高數(shù)據(jù)處理開展了研究，并參考國外學(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)星激光測高嚴(yán)密幾7何模型，分析我國資源三號02星激光測高的各項誤差來源，在激光指向角粗標(biāo)定后對資源三號激光數(shù)據(jù)進行了處理。謝俊峰等人針對資源三號02星激光測高數(shù)據(jù)，開展了幾何檢校和測高數(shù)據(jù)處理工作，檢校后處理精度優(yōu)對其在航天測繪中的應(yīng)用進行了試驗。在技術(shù)方法上，國內(nèi)外學(xué)者在對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理開展了一些研究，對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理技術(shù)較為成熟。但是在對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理規(guī)范方面，沒有形成統(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)和進一步深化應(yīng)用，無法應(yīng)對未來國產(chǎn)激光測高數(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，可能會嚴(yán)重滯后這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用與推廣，影響我國激光遙感事業(yè)的發(fā)展。因此，迫切需要開展對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理規(guī)范研究，推動我國對地觀測衛(wèi)星激光測高發(fā)展。在本標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，《對地觀測衛(wèi)星激光幾何檢校技術(shù)規(guī)范》等與衛(wèi)星激光測高的標(biāo)準(zhǔn)也處于報批階段，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)頒布實施或正在報批的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的沖突和矛盾。本標(biāo)準(zhǔn)對對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理的作業(yè)流程、處理方法、精度指標(biāo)和質(zhì)量控制等方面進行了相應(yīng)的規(guī)定，規(guī)范了對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理流程，明確在業(yè)務(wù)化生產(chǎn)過程中的技術(shù)執(zhí)行步驟，8用于指導(dǎo)衛(wèi)星激光測高數(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)對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理作業(yè)環(huán)節(jié)，用于對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品生產(chǎn)。為提高標(biāo)準(zhǔn)的實用性，編制組在標(biāo)準(zhǔn)制定前期進行了大量的調(diào)研、資料收集，以及技術(shù)試驗等工作，在編制過程中與國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心、上海海洋大學(xué)、中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院、武漢大學(xué)、中國測繪科學(xué)研究院、國家基礎(chǔ)地理信息中心、陜西測繪地理信息局、黑龍江測繪地理信息局、四川測繪地理信息局、海南測繪地理信息局、自然資源部重慶測繪院等有關(guān)單位的專家進行了多次的交流和探討。同時充分利用主編單位的有利條件，總結(jié)凝練對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)作業(yè)經(jīng)驗，開展了大量技術(shù)試驗。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)針對衛(wèi)星激光測高儀的研究已進行了好多年，從已經(jīng)公開的資料來看，國外衛(wèi)星激光測高系統(tǒng)主要包括對地觀測ICESat(Ice,Cloud,andLandRangefinder)系統(tǒng)、對月球觀測的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)過在軌幾何檢校，高程測量精度優(yōu)于15cm，部分地區(qū)高程測量精度在5cm左右。GLAS在兩極冰蓋的厚度及特征分布測量、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數(shù)激光測高雷達，主要用于測量海冰變化、地表三維信息，并測量植被冠層高度用以估計全球生物總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^測系統(tǒng)MOLA(MarsOrbiterLaserAltimeter)、水星觀測系統(tǒng)MLA(MercuryLaserAltimeter)、空間小行星觀測系統(tǒng)NLR(NEARLaserRangefinder)、月球觀測系統(tǒng)LOLA(LunarOrbiterLaserAltimeter)等衛(wèi)星激光測高儀取得了較為成功地應(yīng)用，這具體技術(shù)指標(biāo)見表1所示。表1國外衛(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ICESAT衛(wèi)星ICESAT衛(wèi)星火星探測器MGS月球探測器Clementine近地小行星探測器NEAR發(fā)射時間20032018計劃壽命/a33331軌道高度/km60050040064050觀測對象極地冰蓋、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與高分辨率相機共用Φ12mmΦ90mm視場角(FOV)0.475mrad@1064nmmrad@532nm0.85mrad1mrad總接收面積5mm2>0.9mrad光電轉(zhuǎn)換器件SiAPDGeiger-modeAPDSiAPDSiAPDSiAPD時鐘計數(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我國第一顆衛(wèi)星激光測高儀搭載在嫦娥一號上，激光重復(fù)頻率為1Hz，理論測距精度為5m，主要用于獲取月面三維高程數(shù)據(jù)；嫦娥二號搭載的激光測高儀是嫦娥一號激光測高儀的升級版，將激光重頻由1Hz提高到5Hz；嫦娥三號的激光測高儀在技術(shù)上有較大地突破，理論測距精度優(yōu)于0.2m。一步提高地面高程測量精度，裝載了試驗性的激光測高載荷。資源三號03載荷的有效性和可靠性，該星搭載了工程性的激光測高載荷。乙運載火箭成功發(fā)射高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項高分七號衛(wèi)星。高分七號衛(wèi)星裝載了雙波束激光測高載荷，旨在有效保障衛(wèi)星測高精度，為1:10000比例尺航天立體測繪奠定技術(shù)基礎(chǔ)。我國目前的衛(wèi)星激光測高載表2國內(nèi)已發(fā)射或未發(fā)射的激光測高系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)嫦娥一號衛(wèi)星資源三號02星高分七號衛(wèi)星資源三號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)射時間2007201620192020預(yù)計2022計劃壽命/a15885軌道高度/km200505505505500左右觀測對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/nm1064.46望遠(yuǎn)鏡焦距/mm538600--待定光斑大小/m<20050304525距離測量范圍/km(200±25)不小于520km±20km450~550不小于520km±20km待定探測概率95%≥95%≥95%≥95%≥95%精度指標(biāo)測距精度/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、激光測高儀工作原理激光測距是根據(jù)激光脈沖渡越的時間來獲取距離值，接受發(fā)射t=T-接受發(fā)射根據(jù)波形確定激(1)圖1激光渡越時間示意圖激光到觀測表面的距離可表示為:R=c.t(2)激光測高幾何模型示意圖如圖2所示，衛(wèi)星激光測高儀通過發(fā)射和接受激光脈沖的時間差來推算目標(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高程信息。圖2激光測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方面。由于激光的肉眼不可見，平面信息一般采用在軌幾何檢校對其進行控制，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)處理的過程中，對平面精度不作要求。高程精度是衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵，是評價激光數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此在激光數(shù)據(jù)處理過程中主要對高程精度進行要求。衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)處理的精度極限主要包括三部分：激光測高儀的載荷設(shè)計精度、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。激光測高儀的載荷設(shè)計精度是激光數(shù)據(jù)處理精度的天花板，理論上，無論地面采用任何方法都只能無限接近載荷設(shè)計精度，因此數(shù)據(jù)處理對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)化運行后周期性開展的工作，是衛(wèi)星在軌后通過地面手段無限接近載荷設(shè)計精度的必要途徑，在編寫組編寫的另一個標(biāo)準(zhǔn)(同期上報)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、潮汐改正等多個過程，每個環(huán)節(jié)都存在誤差，綜合考慮激光指向參數(shù)、激光測距值和各項改正參數(shù)中存在的隨機誤差，在光斑內(nèi)地形坡度小于15°的平坦地面區(qū)域，對地觀測衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理要求最終激光測高產(chǎn)品高程中誤差優(yōu)于℉+0.2m，℉為線性體制衛(wèi)星激光測高儀經(jīng)過實驗室標(biāo)校后的距離測量精度，高程精度計算方法、驗證試驗的情況和結(jié)果個；記錄為有效數(shù)據(jù)的激光點共458個。數(shù)據(jù)覆蓋范圍包括：蒙古國和我圖3資源三號02星第一軌激光足印點在地圖上的分布示意圖激光測高數(shù)據(jù)以來，共獲得了190軌數(shù)據(jù)，并進行了業(yè)務(wù)化處理，獲得了約3.2萬個高精度高程控制點，其分布如圖4所示?；诒緲?biāo)準(zhǔn)已經(jīng)實現(xiàn)圖4資源三號02星44軌激光測高數(shù)據(jù)分布示意圖資源三號02星激光測高儀每軌開機時間大約為10分鐘，獲得的點數(shù)在800-1000個左右。如圖中紅色的代表兩軌比較特別的數(shù)據(jù)，其中位于中國境內(nèi)的1軌為衛(wèi)星夜間升軌時開機獲得的激光測高數(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02星激光測高數(shù)據(jù)硬件記錄有效的點數(shù)統(tǒng)計對所有的資源三號02星激光測高數(shù)據(jù)處理完后，采用公開版的分辨率換成WGS84大地高，然后與02星的SLA高程數(shù)據(jù)作差，取差值絕對值與2000m、50m、10m、5m、2m幾個閾值進行統(tǒng)計?？傮w統(tǒng)計結(jié)果見圖6。圖6資源三號02星高程誤差統(tǒng)計mm據(jù)，統(tǒng)計了不同地形類別下的激光足印點高程誤差，結(jié)果如表和圖7所示。表5資源三號02星激光測高數(shù)據(jù)高程精度統(tǒng)計表(單位：有效點為個，其它為米)軌道號平地(2o以下)丘陵(2o~6o)山地(6o~25o)有效均值中誤差點有效點均值中誤差有效均值中誤差點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)情況表軌道號總點數(shù)回波點數(shù)無回波點數(shù)有效率90001848674.8%資源三號03星激光數(shù)據(jù)包將多軌多次激光開機數(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數(shù)據(jù)，可能存在時間上、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、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、巴基斯坦以及我國內(nèi)蒙古、新疆地區(qū)，如圖8示。圖8資源三號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)無效，剔除無效的測距數(shù)據(jù)后，計算每個激光點測距值如圖9所示，測距范圍為：495936.135m~506360.535m。圖9資源三號03星激光首軌有效測距分析由于資源三號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通道計算，各通道計算的數(shù)據(jù)量如表4所示：表4通道計算數(shù)量軌道號總有效點數(shù)TH1點數(shù)TH2點數(shù)TH3點數(shù)900018其中默認(rèn)為TH1通道計算的測距精度最高，故得到最優(yōu)測距有效率如表5最優(yōu)測距有效率表軌道號總點數(shù)有效點數(shù)有效率TH1點數(shù)TH1有效率90001874.8%64.7%歐洲、北美洲，南美洲地區(qū)。目前尚