学术互换李国元：高分七号卫星激光测高仪无场几何定标法

销售易卫星激光测高仪的根本环境本文起初先容了高分七号，配和波形配合的从粗到精的无场分步定标门径然后提出了紧密几何定位模子以及联合地形匹，的本质数据展开了完全试验和说明结尾联合高分七号卫星激光测高仪。 54、295、382和429轨共4轨高分七号卫星激光测高数据(表 2)实行试验本文选用2019年11月13日、11月22日、11月28日、11月29日的第1。0 m的ZY3-DSM展开地形配合获取指向角的粗定标值诈骗90 m格网的SRTM、30 m的AW3D30和1，和LiDAR-DSM根本地舆音信成绩行为试验区然后诈骗某区域的1∶2000高精度DOM影像，取邃密的指向角和测距偏向展开无场定标波形配合获。82轨始末波形配合试验区个中11月28日的第3，(a)所示如图 7，65 m离别率影像底图为后视相机0.，足印点示意地位赤色圆点为激光； m、平面精度优于1.0 mDOM影像的离别率为0.1，的点间隔约1.5 mLiDAR-DSM，0.15 m高程精度优于，WGS-84坐标系和大地高平面坐标系和高程基准均转为，(b)所光学仪器示如图 7。SM区域的有用激光点共65个落正在DOM和LiDAR-D，的点结尾共保存54个点剔除位于水面、植被区域。配合的定标根本上正在上述基于地形，AR-DSM为参考进一步展开波形配合以试验区1∶2000的DOM和LiD。强度值、0.65 m离别率的后视相机影像和3.2 m离别率激光足印影像的个别以及本质回波波形数据图 9为某一个激光点对应区域的DOM、LiDAR-DSM、用于计较切实地表反射率的机载LiDAR。激光测高仪的中央数据之一全波形数据是高分七号卫星，光测高仪的实质区别地址也是与资源三号02星激。射波形、LPA光斑能量分散及回波波形图 5为高分七号某个激光点的本质发。点波形、足印相机地物影像及DOM参考影图12 南北向均为开发物中央平展的激光像高的基根源理按卫星激光测，固坐标系下正在地心地，何模子能够显露为[2激光测高仪的紧密几,12] 左近的格网点对组成一个二次扔物面基于地形配合的门径找到最幼值及其，8)所如式(示测距体例偏差对应的鸠集P表面上保存某一组指向角和，P=Q使得，体例偏差即为切实值此时的指向角和测距。少少不成撤消的随机偏差但卫星激光测高经过保存，也保存必定丈量偏差本质地形鸠集Q自身。此因，找最优的指向角和测距体例偏向值基于地形配合的经过即是通过寻，P≈Q使得。偏差对应的激光点高程偏差分散图 4直观显示了区别指向角，差即为与本质指向角最亲切的偏向值个中高程偏差最幼处对应的指向角误。定标后的激光足印点地位为核心以2 m为步距、地形配合粗，挪动激光质心地位正在25 m规模内，回波仿线激光点区别平移地位的仿线可知基于前述波形仿真门径取得区别地位的，波形与本质波形保存区别的相像度区别的偏移地位对应的回波仿真，波形和本质波形的相像度基于相干系数评判仿真，向挪动(4.0 m对付波束1正在东北方,的地方最亲切5.0 m)。真波形与本质波形的相干系数如图 11所示波束2位于开发物区域的两个激光点回波仿，然保存必定差别但拥有较高的相仿性两者正在最大相干系数对应的偏移量虽，8 m独揽平面偏差正在。隔绝丈量值一守时当每个激光点的，统偏差将取得区别的三维坐标采用区别的指向角和测距系，统偏差下的离散点鸠集为P界说特定指向角和测距系，5)所如式(示偏向值(dAx正在求得指向角,y)后dB，可看作体例性测距偏差dρ的初始值激光点与参考地形的高程差值的均值。取得(dρ经地形配合,Axd,近似真值后dBy)的，限制到必定的精度规模能够将激光落点地位，2星的结果解释之前资源三号0，的地形数据的自身精度和格网巨细地形配合后的精度取决于用作参考，为地形参考数据格网巨细的1~1.5倍格网值较大时激光足印点平面偏差约莫。激光测高仪无场几何定标门径本文考虑了线性体制全波形，形和波形配合的计谋提出了归纳诈骗地，光测高仪得胜实行了实行并诈骗高分七号卫星激，炎疫情影响无法展开表场定标时相干结果正在2020年受新冠肺，据管束及使用起到了首要用意对高分七号卫星激光测高数。激光技巧的发达跟着新型单光子，星无场定标将是下一步悉力的宗旨[24-26]展开多波束、高重频光子计数体制的激光测高卫。分七号卫星的表场定标数据诈骗2021年6—7月高，落点本质地位行为切实值将地面探测器获取的激光，出的激光落点地位偏差评判无场定标结果计较，表 4结果见。差为11.597±3.693 m无场定标与本质落点地位的平面误，.115 m最幼值为7，差总体优于5.0 m个中表场定标的平面误，丈量精度以及也许保存的大气湍流影响相闭崭露动摇的理由与区别时代段的卫星状貌。门径的激光足印点精度为了评判本文无场定标，步剖断其本质落点地位的无误性诈骗位于表率区域的激光点初。12所示如图，影像南北向均为高楼该点地址的DOM，点位于平展地面即两楼之间从回波波形及高程值剖断该，楼间隔为19.5 m而从DOM上丈量两。13所示如图，重要位于地面(波形中左侧的低矮峰为汽车或树丛上)另一个激光点从回波波形上显露该点位于平地且高程，的东西向间隔为21 m而从DOM上丈量该点，高架桥和开发物且永别有显着。此因，结果计较出的激光落点地位可托可开始剖断本文确定的无场定标，光斑边沿能量较弱同时探讨到激光，强度的影响幼等要素边沿区的地物对波形，该正在1/2的本质光斑巨细归纳估算其平面精度起码应。188bet注册果解释两波束激光足印直径永别为19 m和21 m而2021年6—7月高分七号卫星表场正在轨测试结，激光足印点平面精度正在10 m以内即本文试验区域采用无场定标结果的。中式，xi(,iy,印点的三维坐标zi)为激光足；ρi(,ρd,Axd,测距体例偏向值、激光指向角偏向值dBy)永别为该激光点的测距值、。激光测高仪针对国产，步法”正在轨几何定标门径文件[12]提出了“两，仪不具备波形采样和记实成效针对资源三号02星激光测高，较低[13-15]的特色发散角较大、测距精度也，02星试验性激光测高仪的正在轨几何定标[16-17]先后联合地形配合和地面红表探测器的门径告竣资源三号，多量的地面探测器[18]但该门径必要正在野表布设。三号02星比拟资源，高仪拥有全波形数据高分七号卫星激光测，、丈量精度条件更高且发散角和足印更幼。此因，激光测高仪的特色联合高分七号卫星，高的正在轨几何定标门径万分须要考虑提出更有针对性、精度更。号告竣切确几何定标是目前比拟牢靠的门径通过地面布设探测器捉拿卫星发射的激光信，高分七号卫星得胜发射从此但2019年11月3日，冠肺炎疫情归纳影响受气象及突发的新，标的表场试验不断无法有用展开很长一段时代内卫星正在轨几何定，环境下正在这种，数据展开激光测高仪无场定标试验充裕诈骗地面已有的根本测绘成绩，星工程开展对付加疾卫，点获取和辅助测图材干火速制成激光高程把握，大道理拥有重。表此，波束的激光测高仪他日我国要发达多，地面探测器的几何定标门径若是连续采用表场布设多量，济价值万分大工程难度和经，扰导致该门径难以告竣且因波束间也许发作串，标拥有首要的工程使用价格和经济效益因而考虑无场化的激光测高仪几何定。高仪拥有显着的经济上风和使用价格无场几何定标对付星载多波束激光测。炎疫情影响受新冠肺，星自觉射后高分七号卫，长一段时代内不断无法有用展开正在轨几何定标的表场任务正在很，闭任务的展开限制了后续相。∶2000比例尺DOM和机载LiDAR-DSM展开激光测高仪无场几何定标试验本文诈骗SRTM、AW3D30和ZY3-DSM等地形数据以及某地域高精度的1，结果实行了比较说明并与表场本质定标，和验证经说明，如下结论能得出。高仪带有足印相机高分七号激光测，落点正在足印地物影像LFI上的表面地位同时也通过实习室丈量的门径给定了激光。件和仪器精度等要素影响但正在实习室中受丈量条，测定的指向角保存必定偏差高分七号卫星激光测高仪，转化及振撼等要素的影响另表受应力开释、境况，星基准的干系也会发作转化卫星入轨后激光指向与整。此因，只可行为初值供参考LFI上给定的地位，偏差应当正在100 m独揽按载荷制制方的说明其平面，数值未知但完全，正在轨后切确定标务必依赖卫星。星的激光测高试验解释而之前正在资源三号02，0参考地形数据能将平面偏差把握正在30 m独揽基于地形配合门径和30 m格网的AW3D3，仪拥有全波形采样和记实成效另表高分七号卫星激光测高，的地形地物特性亲近相干波形样子与激光光斑内，相机相对偏差未知的环境下因而正在激光测高仪与足印，188bet体育真人，配合从粗到细的无场分步定标门径本文采用了基于地形配合和波形。激光落点地位为核心以2.1节计较出的，必定间隔挪动落点地位正在25 m规模内按，本质的回波数据实行配合将区别地位的仿真波形与，的地位均匀值行为本质落点地位以多个激光点的相像度最大处，指向角行为切确结果并反向解算出激光。的皮尔森Pearson相干系数计较波形配合的相像度丈量能够诈骗经典，9)所如式(示实习室指向角丈量结果保存必定偏向(1) 高分七号卫星激光测高仪的，约10 m的体例偏向定标前高程宗旨保存，过正在轨定标注脚务必经，其丈量精度才气降低。 3可知由表，量值偏差比波束1显着偏大波束2的指向角实习室测，略大于Y宗旨个中X宗旨，后结果比拟坚固但经地形配合。2轨为例以38，后沿轨向激光点高程偏差比较结果图 8中直观显示了地形配合前，为AW3D30个中参考地形。考地形显着保存必定体例偏向定标前的激光点原始高程与参，局限位于高层开发上偏差较大的点是由于，圈对应的几个点如图 8中的红。统计经，为9.17 m定标前偏差均值，2.96 m均方根为1；角后高程偏差明显裁减基于地形配合改良指向，0.52 m偏差均值为，.71 m均方根为5，万分显着注脚效率。m能够行为测距体例偏向的初始值定标后的高程偏差均值0.52 。此因，测高仪而言对付激光，参数为指向角Ax必要定标的中央,者dAxBy或,距体例偏差dρdBy以及测。中式，高仪的基准点正在本体坐标系中的坐标[Lx Ly Lz]T是激光测；]T为GPS天线相位核心的地位[XGPS YGPS ZGPS；相位核心正在卫星本体坐标系下的坐标[Dx Dy Dz]T是GPS；器相对付卫星本体坐标的布置矩阵Rbodystar是卫星星敏锐；量坐标系到J2000坐标系下的挽回矩阵RstarJ2000为星敏锐器状貌测；0坐标系到WGS-84的坐标变换矩阵RJ2000WGS-84为J200；z]T为潮汐矫正值[Tx Ty T，、极潮和负荷潮等搜罗固体潮、浪潮，到大地坐标系后再实行矫正平常将激光足印点坐标转；单程测距值r为激光的，性偏差dρ而惹起的测距矫正值为Δρ因大气折射Δρatm及硬件测距体例，3)所如式(示形配合两步无场定标后(3) 经地形和波，结果实行比较说明与表场本质定标，偏差为11.597±3.693 m无场定标结果与本质落点地位的平面，.115 m最幼值为7，度优于0.3 m平展地域高程精，表场定标结果固然略低于，00高程把握点丈量需求但能餍足1∶10 0，文门径的无误性充裕注脚了本。对应点的高差平方和最幼行为评判目标遴选激光点鸠集P与本质地形鸠集Q，向角偏向值(dAx即保存一组激光指,y)dB，式(7餍足) 围地形数据基于地形配合的门径(2) 诈骗区别格网的大范，高仪的指向精度能降低激光测，定结果万分坚固且区别轨间的标，有很好的牢靠性注脚了该门径具；.17±12.96 m定标前高程偏差均值为9，角后高程偏差明显裁减基于地形配合改良指向，±5.71 m偏差为0.52。率、发射波形及激光断面阵列(LPA)降低激光回波仿真精度门径笔者正在文件[22]中提出了一种正在本质境况中归纳探讨地物反射。于该思思本文基，-DSM地形数据采用LiDAR，形数据、足印相机记实的LPA光斑能量分散诈骗高分七号卫星激光测高仪的本质发射波，七号激光点的回波数据仿真出相应地位高分，波长的机载LiDAR点云强度值归一化结果个中地表反射率采用同区域1064 nm。仪的表率地物本质回波波形数据图 6为高分七号卫星激光测高，物、水体和植被永别对应开发。波形随平面地位转化不敏锐因为正在平地或水体区域回波，性其回波波形样子较难控制而植被区域因激光有穿透。此因，波波形数据的特色本文基于本质回，且无植被影响的区域筛选了地形升浸较大，形仿线高分七号激光测高仪局限表率地物波形数核心选用几个阶梯状的开发物区域激光点展开波据本质激光落点地位偏向保存必定动摇(4) 区别时代段无场定标结果与，.115 m最幼值为7，5.98 m最大值为1，坚固的条件下[23]正在激光内部指向万分，星状貌丈量绝对精度相干注脚激光落点地位与卫，指向角体例偏差的矫正精度表除进一步降低无场定标激光，的时空转化法则实行深刻考虑还必要盘绕卫星状貌丈量精度，定标的精度潜力进一步发现无场。汐的影响阻挡玩忽大气折射和种种潮，的时空转化而区别且会随激光足印点，成熟的矫正模子但目前已有较，正在厘米量级偏差能把握。及布置矩阵Rbodystar会保存必定丈量偏差实习室给定的激光指向角、测距体例性偏差dρ以，正在轨几何定标因而务必实行，)实行伸开对式(2，的乘积等效于新的偏疼量装置矩阵与两个偏疼量，积也可等效为式(4与指向角余弦的乘) 年6—7月2020，使用核心等单元先后多次正在表场实地布设地面探测器天然资源部疆域卫星遥觉得用核心、中国资源卫星，场正在轨几何定标试验并博得得胜展开高分七号卫星激光测高仪表，落点的切确地位取得了激光实地，5 m的SRTM、AW3D30、ZY3-DSM、LiDAR-DSM数据对区别轨的激光点本文将其行为真值用于无场定标结果的线轨试验数据采用格网巨细永别为90、30、10和1.，思思计较出指向角基于地形配合的，表 3结果见。-DSM和LiDAR-DSM数据表试验中除382轨搜求到相应的ZY3，和AW3D30的地形配合试验其他轨仅展开了基于SRTM。光测高卫星面对的一个要害题目无场几何定标是他日多波束激。)线性体制全波形激光测高仪本文针对高分七号(GF-7,形配合的无场分步定标门径提出了一种基于地形和波。激光测高仪特色的根本上正在深刻说明高分七号卫星,几何定位模子构修了紧密,精度的DOM和LiDAR-DSM根本地舆音信成绩采用公然版的地形参考数据和某地域1∶2000高,场几何定标试验展开了正在轨无,卫星激光测高数据精度明显降低了高分七号。肺炎影响未实行表场定标岁月正在2020年上半年受新冠,管束无定标参数的本质麻烦有用处置了激光测高数据。本质表场定标结果实行比较验证本文对无场定标结果与高分七号,解释结果,偏差为11.597±3.693 m无场定标结果与本质落点地位的平面,.115 m最幼值为7,度优于0.3 m平展地域高程精,表场定标结果固然略低于,00高程把握点丈量需求但能餍足1∶10 0。测高仪有两个波束高分七号卫星激光，摄取千里镜共用一个，2所示如图。括1台主份和1台备份两个波束的激光器均包， nm的近红表谱段发射波长为1064，为≤60 urad发散角打算目标均，到地面的光斑巨细约30 m即从500 km轨道高度打，8 urad和42 urad本质正在轨丈量其发散角永别为3，19 m和21 m对应地面光斑巨细为，0 m打算目标优于素来的3；率为2 GHz全波形采样频，1 GHz目标高于GLAS的，为0.5 ns和0.075 m对当令代间隔和隔绝离别率永别；益形式记实波形数据采用了强弱两种增，反射率的回波强度以适当区别地表。表此，LAS直接诈骗恒星丈量激光指向的形式高分七号卫星激光测高仪没有采用与G，footprint camera而是诈骗足印相机(laser ，脉冲强度及地面景物成像LFC)告竣对激光发射， profile array搜罗激光断面阵列(laser，laser footprint imageLPA)[19]和激光足印地物全色影像(，I)LF，度的有用擢升[20]以告竣激光指向丈量精，率为3.2 m足印影像的离别，4 bits量化位数1。见表 1相干参数。中式，v(xco,x和y的协方差y)显露变量；别代表规范差σx和σy分；[-1ρ介于,之间1]，度越大、波形相像水准越高越亲切于1显露正相干程。表此，除二异性为了消，能够行为配合相像度的评判法规阶梯状的开发物的高差音信也，本质回波波形经高斯理解后即统一激光点的仿真波形和，离应拥有相仿性波峰之间的距。绘精度保险的条件条目卫星正在轨几何定标是测，为地方定标和无场定标两类激光测高仪的几何定标可分。定标方面正在地方，ESat(ice文件[4]正在IC,S(geo-science laser altimetry system)的正在轨几何定标门径cloud and land elevation satellite)卫星发射前考虑了GLA，数打算了完全定标计划同时联合待定标的参；S激光测高仪的指向角和时代同步偏差实行定标说明文件[5]采用地面红表探测和角反射器对GLA，的精度结果博得了较好；光的指向确定门径及体例偏差文件[6]说明了GLAS激，温度有很大的相闭性展现激光指向偏差与。定标方面正在无场，S激光测高仪的隔绝和指向偏向实行了定标文件[7—8]采用邃密地形数据对GLA，地方的遴选并考虑了；飞翔式样对激光测高仪的指向偏差实行定标文件[9]提议卫星正在大洋上空时采用机动，机动材干强但条件卫星，合国产卫星目前不适。标的火星激光测高仪对付无法实行地方定，rbiter laser altimeter)的激光脉宽实行了说明文件[10]采用地形数据对火星轨道激光测高仪MOLA(mars o；MOLA激光指向角偏向实行检校文件[11]采用轨道交叉点对，平定位精度降低了其水，交叉点的高分七号激光测高仪根本不成行但该门径对付重频率不高、难以组成轨道。体相机和两波束激光测高仪高分七号卫星装备两线阵立，和26°视角取得幅宽为20 km两线阵相机沿飞翔宗旨永别以-5°，和0.8 m的立体影像离别率为0.65 m，右各成0.7°夹角永别发射激光脉冲点激光测高仪正在垂轨平面内与天底点宗旨左，.4 km的高程把握点获取沿轨向地面间隔约2，1所示如图。亚米级光学传输型立体测绘卫星高分七号卫星是我国首颗民用，形式告竣1∶10 000立体测图通过激光与立体影像复合测绘使用的，务化使用的激光测高仪卫星搭载了国内首台业，高程把握点[1-3]重要用于获取高精度。高度测量仪

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