资源三号02星激光测高数据质量分析

近几年来,中国的对地观测卫星激光测高技术发展较快,资源三号02星上搭载了国内首台对地观测的卫星激光测高试验载荷,在后续的高分七号、陆地生态系统碳监测卫星上均装备业务化应用的激光测高仪,开展国产对地观测卫星激光测高数据质量分析研究非常必要,能有效填补国内空白并推动相关技术发展。本文对资源三号02星载荷的激光测高数据进行了严密几何处理,重点从夜间观测、卫星小角度侧摆、海面区域等不同条件下的数据质量进行了分析,对数据的平均可用率进行了统计分析。试验表明,资源三号02星激光测高仪能获得约30%有效测高数据,在夜间数据有效利用率略有提高,在大型水面也能获得有效数据,经后处理后在平坦地区验证的绝对高程精度优于1.0 m,部分点高程精度优于0.5 m,硬件本身的测距精度和卫星姿态测量误差是主要的误差源。相关结论对于后续国产卫星激光测高载荷的研制以及数据后处理和应用具有参考价值。     

资源三号02星激光测高精度分析与验证

资源三号02星搭载了我国首台对地观测的卫星激光测高试验性载荷,对该载荷的精度进行了理论分析,并采用多个区域进行了实际精度验证,同时对其在航天测绘中的应用进行了试验。资源三号02星激光测高仪在平坦地区(坡度≤2°)的理论高程精度为0.85m、平面精度14.2m。试验表明,资源三号02星激光测高仪获得的有效测高数据约占23.89%,检校场区域其高程精度为0.89m,平面精度为14.76m;华北地区高精度DSM地形数据验证其高程精度为1.09m,内陆渤海海面上的激光高程精度为0.47m。将激光足印点作为高程控制点时,在陕西渭南试验区能将资源三号02星立体影像无地面控制的高程精度从11.54m提高到1.90m。虽然资源三号02星激光测高仪为试验性载荷,但试验结果证实国产卫星激光测高数据能有效提高立体影像无地面控制的高程精度,在全球测图工程中具有推广应用价值,建议后续立体测图卫星搭载业务化应用的激光测高仪。     

资源三号02星对地激光测高系统几何检校及验证

星载激光测高仪安装误差、激光指向和激光测距误差等导致最终激光测高精度不高,对激光器进行在轨几何检校可以有效提升激光测高精度。针对资源三号02星（ZY3-02）激光测高仪的工作模式,以裸露地表的航天飞机雷达地形测绘任务（shuttle radar topography mission,SRTM）数字高程模型（digital elevation model,DEM）数据约束同轨激光测距值,通过逼近地形起伏趋势线实现了卫星激光器出射方向的初始检校,实验证明不同轨激光指向的相对检校精度在20 m以内。利用地面铺设激光靶标的方法对星载激光测高系统进行几何精检校,并通过外业测量验证了ZY3-02激光器在平坦区域的测高精度优于0.5 m。     

卫星激光测高严密几何模型构建及精度初步验证

采用星载激光测高仪辅助提高卫星立体影像几何定位精度特别是高程精度,已经得到了航天摄影测量界的重视,计划于2018年发射的高分七号卫星上将同时搭载光学立体相机和激光测高仪。虽然,已有相关文献针对美国的ICESat(Ice,Cloud,and land Elevation Satellite)卫星上搭载的地球科学激光测高系统(Geo-science Laser Altimeter System,GLAS)的几何模型和产品精度作了相关介绍,但对其严密的几何定位模型和精度验证目前还没有系统性的阐述。本文较全面地对激光测高卫星的严密几何模型进行了构建与精度分析,并选择ICESat/GLAS的0级辅助文件,采用严密几何模型重现了2级产品的生产过程。将本文计算的结果与ICESat/GLAS的结果进行了对比分析,其中基于几何模型的高程误差约11 cm,平面误差在3 cm以内,表明所提出的严密几何模型的正确性,同时采用新发射的资源三号02星的激光测高数据进行了初步处理和验证。相关结论可为国产高分后续卫星的激光测高数据处理提供参考。     

GNSS-R星载测高的动态性误差和信号平行误差研究

基于目前GNSS-R(global navigation satellite systems reflectometry)星载测高的几何路径延迟模型,分析了模型中存在的动态性误差和信号平行误差,给出了产生误差的原因以及了误差的解析表达式。为了获得误差的量级大小,首先采用部分UK-DMC(united kingdom disaster monitor constellation)星载数据进行实验,得到了动态性误差和信号平行误差的在实验中的大小;然后以CHAMP(challenging mini-satellite payload)和COSMIC (constellation observing system for meteorology, ionosphere and climate)低轨卫星作为接收机平台,进行了大量的仿真分析。综合实例和仿真分析的结果,得出这两项误差能够达到m级的结论,这是在测高中不能被忽略的。最后给出了如何用精密的发射机和接收机轨道信息来校正这两项误差的方法。     

星载激光测高的系统误差分析与检校

激光测高因具有方向性好、测距精度高等特点,在深空探测和地球科学领域中体现了巨大的应用潜力,将星载激光测高技术应用于高分辨率测绘卫星,辅助航天摄影测量以提高精度是一种新颖的设想。而研究星载激光测高系统误差对测量精度的影响,以及相应的误差消除方法,是决定该项技术能否真正提高测量精度的可行性基础。本文以全球首颗激光测高卫星ICESat及其搭载的地学激光测高系统GLAS为例,基于星载激光测高的定位原理分析各项系统误差对测高精度的影响,并在此基础上介绍星载激光测高的系统检校方法,以期对发展我国的星载激光测高系统提供一定的参考。     

资源三号02星激光测高仪足印位置预报方法

激光测高仪在轨几何检校是提高激光点平面和高程精度的必要途径,而激光足印地准确捕获是成功开展激光测高仪在轨几何检校的前提。本文针对资源三号02星搭载的我国首台激光测高仪的在轨几何检校试验需要,在参考光学遥感卫星成像几何模型的基础上,提出并构建了一套严密的激光足印位置预报模型。该模型充分顾及卫星平台在轨运行规律及激光与卫星相对几何关系,建立了激光发射点到地面足印的严密几何定位预报模型,通过金字塔地形匹配、基于加速度轨道预测以及频率域姿态分析分别获取预估的激光指向、轨道位置和姿态信息,实现地面激光足印的位置预报。该模型已应用于资源三号02星激光测高仪在轨几何检校试验中,预报的激光足印位置与探测器捕获到的实际位置的最大误差小于150m,充分验证了预报模型的正确性,实现了我国遥感卫星从天上到地面点对点的精确预报,为国产激光测高仪在轨几何检校提供了有力的技术支撑。     

不同地形条件下的星载激光测高系统误差分析

为了进一步提高激光测高的精度,服务于即将发射的国产激光测高卫星,文章归纳了激光测高系统的误差来源,推导出误差传播方程,然后分析了主要观测误差对光斑定位精度的影响,最后利用模拟参数估计定位精度;其中针对激光测高卫星在陆地地区的观测,主要分析了地表坡度的变化对测高精度的影响,分析结果表明:坡度造成的额外测距误差对测高精度影响较大,成为影响山区测高精度的主要误差来源。     

高分七号卫星激光测高数据处理与精度初步验证

装备在高分七号卫星上的是我国首个具备全波形记录功能的激光测高仪,主要用于获取地面稀疏的高程控制点,提高了同平台立体影像无地面控制点的立体测图精度.高分七号卫星激光测高标准化处理是测绘应用的关键步骤,所生成的激光测高标准产品是后续对外分发和业务化应用的重要前提.本文围绕高分七号卫星的激光数据,研究了激光测高数据处理方法,验证了激光测高标准产品的几何精度.选择几何定标区以及陕西华阴、德国北威州等多个验证区,结合高精度外业测量点和机载LiDAR-DSM数据,对高分七号卫星激光测高标准产品开展精度验证.验证结果表明,高分七号SLA03产品定标区两波束激光的平面精度分别为(3.896±1.029)m和(3.286±0.337)m、高程精度分别为(0.018±0.099)m和(-0.017±0.096)m.采用高程控制点质量控制参数ECP_Fl a g能有效标识出可用于高程控制的激光点,其中陕西华阴验证区两波束激光总体精度分别为(-0.113±2.519)m和(0.191±1.071)m,经质量控制后ECP_Fl a g标记为1的激光点高程精度为(0.111±0.152)m和(-0.064±0.115)m;德国北威州总体精度为(-0.897±5.485)m和(-0.202±6.207)m,ECP_Flag标记为1的激光点高程精度为(-0.304±0.190)m和(-0.279±0.220)m.目前高分七号卫星激光测高标准产品已在自然资源部国土卫星遥感应用中心实现业务化生产.     

资源三号02星激光测高仪在轨几何检校与试验验证

我国在资源三号02星上首次搭载了一台用于对地观测的试验性载荷——激光测高仪,开展对地观测的激光测高试验。由于卫星发射时的振动以及入轨后空间环境变化等因素影响,激光测高仪的指向、测距等系统参数相对于发射前地面测量值可能发生变化,从而引起激光的平面和高程误差。本文根据资源三号02星激光测高仪特点,提出了一种基于地面探测器的在轨几何检校方法,该方法构建了以指向、测距为系统误差的严密几何检校模型,以激光测距值残差最小为原则,利用地面探测器捕获的激光光斑位置作为参考,实现系统误差参数高精度在轨几何检校。利用卫星在轨测试期间多个试验场数据进行检校后,以有关DEM数据作为地面参考比对,地形坡度小于2°区域内的激光点高程精度由检校前的100~140m提高到2~3m。利用平坦地区激光足印内少量GPS外业控制点进行验证对比,检校后激光高程测量的绝对精度优于1m。试验结果表明了资源三号02星激光测高仪在轨几何检校方法的有效性和正确性。     

量子科学实验卫星对地面站高精度指向解决方案

空间飞行器采用特定的飞行姿态,使飞行器上的载荷精确探测感兴趣的地区或目标,实现目标信息提取的飞行任务。文中提出了对地面站指向模式下的两种实现方案,同时对多个相关状态转换矩阵的影响量级进行了评估分析。以两种指向实现方案互为备份,将大大提高飞行器姿控系统对站指向的可靠度,确保姿态指向模式的可靠而有效地实现。      

三维激光探测系统在采空区测量中的误差分析与校正

利用三维空区探测系统(CMS)采集矿山地下三维数据,不但可以精确获取空区的空间几何参数,如长度、面积、体积、围岩及顶板的变形和变化关系,还可以大大提高空区数据采集的安全性和效率,为空区安全评价与治理以及矿柱回采设计提供数据。三维激光探测技术作为一项高新技术应用于矿山,其使用方法有一定的特殊性。为了提高扫描数据的精度及可靠性,在系统地介绍三维激光探测系统测量误差的基础上,详细分析CMS在空区扫描测量中影响最大的系统误差---侧滚向误差、仰俯向误差及定向误差,并提出相应的校正方法。     

资源三号测绘卫星三线阵成像几何模型构建与精度初步验证

资源三号测绘卫星是我国首颗民用高分辨率立体测图卫星,其主要任务是利用三线阵影像实现1：5万立体测图。与采用国外商业卫星遥感影像进行测图相比,建立我国自主的测绘卫星的成像几何模型,进而生产影像产品和测绘产品,是卫星测绘应用的核心技术问题。本文根据资源三号测绘卫星的总体设计,分析了资源三号卫星高精度几何处理的关键问题,结合资源三号测绘卫星几何特性,提出了基于虚拟CCD线阵成像技术的资源三号测绘卫星成像几何模型,并进行传感器校正产品生产。本文利用资源三号卫星第一轨影像大连地区数据,完成了前视、正视、后视的传感器校正产品的生产试验,不同控制点情况下进行了平差试验,初步生产了该地区的数字表面模型（DSM）和数字正射影像（DOM）,并验证了精度。结果表明：在试验区四角布设控制点的情况下DOM平面精度优于3m,DSM高程精度优于2m。试验验证了资源三号测绘卫星成像几何模型的正确性。与国外相近分辨率的卫星相比,资源三号测绘卫星可以达到较高的几何精度。     

基于资源三号卫星影像制作DSM数据方法探讨

基于资源三号卫星影像,利用像素工厂软件制作DSM数据的实践,详细介绍了DSM数据生产的流程、质检方法及作业中遇到的难题,并进行详细分析,提出了解决方案,为今后的测绘项目生产提供了作业思路,积累了宝贵经验。