激光测高卫星波形饱和识别与测高误差改正初步研究

激光测高仪回波波形饱和现象客观存在,为增加可用激光点数目、提高饱和波形测高精度,本文提出了一种波形饱和识别与测高误差改正方法,首先,利用回波波形峰度系数对饱和波形进行识别,然后,针对饱和现象对波形高斯拟合的影响,计算高斯拟合波形与原始波形相交区域的形心位置,以形心位置差异确定因波形饱和导致的测高误差并改正。最后,采用ICESat/GLAS（Ice,Cloud and land Elevation Satellite/Geo-science Laser Altimeter System）在青海湖、纳木错、色林错采集的波形数据进行实验。结果表明,经本文算法改正后数据误差均值为0.03 m,大型湖泊区域可实现约0.05 m的测高精度,结合峰度的饱和识别方法可以对波形进行有效筛选,可发现GLAS遗漏的饱和波形,饱和改正算法可以有效改正波形饱和引起的测高误差,改正后精度明显优于GLAS提供的饱和改正结果,相关结论对高分七号卫星激光波形处理有一定参考价值。     

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。     

星载激光测高系统外场检校测量方法研究

针对我国现阶段星载激光测高系统外业检校测量空白的现状,通过对已完成的资源三号02星和高分七号激光测高载荷在轨检校测量的探讨研究,提出了一整套集场地选取、控制网布设、实时动态载波相位差分技术坐标放样和采集,激光探测器布设等为一体的测量方法。在此基础上,进行外场检校软件系统的研发,实现了任意带高斯投影坐标正反算、不同框架和历元间的坐标转换和外场放样数据的快速计算获取等模块功能。实验结果表明：所测激光探测器点位坐标精度能够达到±5 cm,特征点坐标转换精度达到±6 cm,满足检校试验对三维空间坐标的精度需求,为星载激光测高系统外业检校测量提供了可以参考的模式。     

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。     

建筑影像高程控制点的激光测高全波形分解提取

针对星载激光测高数据难以直接提取建筑区精确高程值的问题,该文提出一种利用渐进剥离全波形分解的建筑区影像高程控制点提取方法.首先,利用光斑区高分辨率遥感影像和数据质量属性参数挑选出高质量激光测高点;然后,通过渐进剥离全波形分解与整体拟合方法充分分解建筑区的复杂回波波形,并建立子波分量与建筑物不同平面层的精确对应关系;最后,结合激光测高和全波形激光脚点几何定位原理解算特征点的绝对高程值,作影像高程控制点使用.实验结果表明,3个回波波形经全波形分解和拟合后与原始回波信号之间整体的均方根误差、相关系数、决定系数和残差内积均值分别为0.023 7 V、0.978 3、0.957 0和0.332 9,制作的建筑影像高程控制点高程中误差为0.79 m,能够满足1∶50 000比例尺航空摄影测量对高程控制点的精度要求.     

星载激光光斑影像激光指向变化探测法

地面光斑足印的定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度,星载激光光斑质心提取及其变化规律对激光指向角的分析具有重要的意义。本文基于ICESat/GLAS的激光剖面阵列(laser profile array,LPA)影像数据,首先利用灰度一阶矩阵法提取LPA的质心,精度优于0.3个像素,LPA相对定位精度优于0.11个像素。其次利用傅里叶变换和傅里叶级数拟合对LPA质心坐标的变化进行周期探测和建模分析,结果表明,激光光斑影像的质心坐标存在1.83×10^-4 Hz、3.36×10^-4 Hz、5.19×10^-4 Hz和6.71×10^-4 Hz 4个明显的周期变化,拟合结果的相关性R²达到了0.86,拟合精度可达0.4″,优于0.13个像素,得到了较好的结果。可为我国的高分七号和后续的卫星激光测高数据处理提供参考。     

高斯混合模型在星载激光全波形数据反演树高中的应用

全波形激光雷达后向散射回波,通过分解返回波形获取多种地物属性信息,在森林结构参数反演方面具有显著的优势,但是,当波形变形或者存在饱和度和前向散射时,高斯分量参数确定不准确以及有效波形起始位置不准确,降低波形分解精度。本文采用高斯混合模型对波形进行拟合,利用期望最大算法估计混合模型参数,抑制高斯分量初值敏感问题,特别是在大范围树高估算且要求一定精度的时候,以确定波形分解并且反演树高。本算法基于C++编程实现,实验结果表明,高斯混合模型能较好地拟合GLAS波形数据且对树高提取精度提升明显,该方法有着很好的有效性、稳定性和精确性。     

星载激光光斑影像激光指向变化探测法

地面光斑足印的定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度,星载激光光斑质心提取及其变化规律对激光指向角的分析具有重要的意义。本文基于ICESat/GLAS的激光剖面阵列（laser profile array,LPA）影像数据,首先利用灰度一阶矩阵法提取LPA的质心,精度优于0.3个像素,LPA相对定位精度优于0.11个像素。其次利用傅里叶变换和傅里叶级数拟合对LPA质心坐标的变化进行周期探测和建模分析,结果表明,激光光斑影像的质心坐标存在1.83×10^-4 Hz、3.36×10^-4 Hz、5.19×10^-4 Hz和6.71×10^-4 Hz 4个明显的周期变化,拟合结果的相关性R²达到了0.86,拟合精度可达0.4″,优于0.13个像素,得到了较好的结果。可为我国的高分七号和后续的卫星激光测高数据处理提供参考。     

星载激光光斑影像特征参数提取与分析

激光指向、足印大小和形状、能量等参数的精确提取是评估星载激光测高数据质量的重要指标.然而,对这些参数的研究和理解目前还不明确,为准确提取和理解这些参数,本文依托ICESat/GLAS的激光剖面阵列(LPA)影像数据,采用激光能量最大强度的1/e2弱化背景噪声影响,利用灰度加权一阶矩阵法和椭圆拟合法提取LPA影像的5个特...     

利用ICESAT/GLAS激光测高数据评估SRTM数据精度

提出利用ICESAT卫星搭载的GLAS激光雷达数据进行SRTM数据的高程精度评价,选择青藏高原东北缘作为研究区,综合利用GIS空间分析方法,计算在不同高程分带和坡度分带上SRTM数据高程精度,并分析其变化规律。结果表明,ICESAT/GLAS与SRTM高程数据间存在明显的相关关系。该地区SRTM数据高程总体精度为5.3m,随着海拔升高,坡度的增大,高程精度呈降低的趋势。在祁连山高山区（4600m-4700m）误差达到12.3m,在40°-50°的坡度带上误差为18.9m,略高于SRTM的标称精度。     

卫星重力与卫星测高的研究进展

该文介绍了GRACE和GOCE重力卫星在地球重力场模型以及局部变化等方面的研究成果,介绍了卫星测高的检核与校验、全球和局部海平面变化监测、内陆湖和水库水位变化监测等方面的研究进展,对综合利用卫星重力、卫星测高以及合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)等技术方法监测冰川和冰盖变化的成果进行了介绍,重点介绍了南极冰盖变化监测的研究成果。对综合卫星重力、卫星测高、DInSAR、GNSS/水准、GNSS等多种技术在冰川冰盖、局部形变监测等方面的应用进行了展望。     

激光测高数据辅助卫星成像几何模型精化处理

资源三号02星搭载了中国首个对地观测试验性激光测高载荷。借鉴目前较成熟的卫星影像区域网平差理论的基础上,结合近年来激光测高数据精度的大幅提升以及资源三号02星激光测高数据的特点,首次提出了激光测高数据辅助卫星立体影像进行成像几何模型精化处理的通用理论。首先,利用传统的区域网平差算法对所处理影像进行高精度连接点匹配处理,并对其进行无约束的自由网平差处理,获得高精度相对精度及不亚于原始成像几何模型的绝对精度;其次,根据激光测高数据3维坐标和精化后参考影像成像几何模型获取激光数据参考影像坐标;而后将参考影像坐标通过几何模型映射获取目标影像上待匹配影像坐标,通过连接点匹配算法,对待匹配目标影像坐标进行精化获取高精度像方同名点;最后,以同名点作为高程控制进行区域网平差计算,对影像成像几何模型进一步处理,获取高精度补偿参数。通过湖北、青海两测区的试验,以激光测高数据辅助卫星影像几何模型精化精度可分别达到1.97 m、3.23 m,结果表明本文提出的方法可有效提高卫星立体数据测图精度。     

星载激光测高技术进展EI北大核心CSCD

星载激光(雷达)测高技术已经逐步成为全方位全球观测的技术手段之一,其高测量精度、全天时测量能力、高效三维测量的特点在许多科学领域都具有独特的优势。本文讨论当前两类星载激光测高技术的工作原理、数据处理方法,并探讨了星载激光测高数据在对地观测和深空观测科学研究中的代表性应用;最后展望了未来星载激光测高技术的发展趋势。期望本文对从事星载激光测高研究、开发和应用的同行们有所裨益。     

卫星测高在大地测量学中的应用及进展

本文介绍了卫星测高技术的发展背景、历史、现状和进展,描述了卫星测高在大地测量学领域诸多方面的应用,评述了地球重力场在地球科学中的作用,并阐述了利用卫星测高数据源在大地测量学领域取得的成果。介绍了最新测高卫星的发展状况,提出了由新一代卫星测高资料确定地球形状的时间变化特征和规律的研究方向,将拓宽卫星测高技术在全球变化研究中的应用。     

Assessment of long-range kinematic GPS positioning errors by comparison with airborne laser altimetry and satellite altimetry

Long-range airborne laser altimetry and laser scanning (LIDAR) or airborne gravity surveys in, for example, polar or oceanic areas require airborne kinematic GPS baselines of many hundreds of kilometers in length. In such instances, with the complications of ionospheric biases, it can be a real challenge for traditional differential kinematic GPS software to obtain reasonable solutions. In this paper, we will describe attempts to validate an implementation of the precise point positioning (PPP) technique on an aircraft without the use of a local GPS reference station. We will compare PPP solutions with other conventional GPS solutions, as well as with independent data by comparison of airborne laser data with “ground truth” heights. The comparisons involve two flights: A July 5, 2003, airborne laser flight line across the North Atlantic from Iceland to Scotland, and a May 24, 2004, flight in an area of the Arctic Ocean north of Greenland, near-coincident in time and space with the ICESat satellite laser altimeter. Both of these flights were more than 800 km long. Comparisons between different GPS methods and four different software packages do not suggest a clear preference for any one, with the heights generally showing decimeter-level agreement. For the comparison with the independent ICESat- and LIDAR-derived “ground truth” of ocean or sea-ice heights, the statistics of comparison show a typical fit of around 10 cm RMS in the North Atlantic, and 30 cm in the sea-ice region north of Greenland. Part of the latter 30 cm error is likely due to errors in the airborne LIDAR measurement and calibration, as well as errors in the “ground truth” ocean surfaces due to drifting sea-ice. Nevertheless, the potential of the PPP method for generating 10 cm level kinematic height positioning over long baselines is illustrated.     

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.     

海洋卫星测高及其反演全球海洋重力场和海底地形模型研究进展

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。     

激光测高卫星ICESat-2监测太湖水位精度评价

针对ICESat-2卫星激光测高数据监测陆地湖泊水位精度问题,该文以太湖为例结合水位站实测数据评价ICESat-2/ATL13湖泊水位测高精度.根据湖泊矢量边界提取湖泊激光足印点;采用中位数绝对偏差方法剔除沿轨湖泊高程异常值,得到沿轨有效激光高程点并求其均值作为沿轨湖泊水位值;基于ATL13数据分析太湖水位变化.实验结果表明:ATL13湖泊水位相对测高精度优于3 cm,绝对测高精度优于6 cm;ATL13测高水位与太湖实测水位月变化趋势基本一致,两者相关性较高,相关系数达0.96以上.