激光高度计卫星ICESAT在地学研究中的应用

介绍了世界首颗激光高度计卫星ICESat及其惟一有效的载荷———地学激光测高系统(GLAS)以及它的科学研究目的和工作原理,论述了ICESat在地学研究中的应用。

嫦娥一号激光高度计数据交叉点分析与平差处理

对嫦娥一号激光高度计进行轨道交叉点分析和平差方法研究。根据获取的912万个激光高度测量点进行交叉点计算,产生全月范围内140多万个轨道交叉点,对交叉点的位置分布特点与交叉点不符值的时间分布特性进行了系统分析,并运用4种基于时间的函数模型对交叉点不符值进行平差处理和对比分析。在试验区(0°N～60°N,50°W～0°W)内,4种交叉点平差模型均能使交叉点高程不符值中误差从平差前的62.1 m降至37 m以内,在此基础上产生的DEM条带现象消失或减弱,表明交叉点平差能明显改进DEM的质量。

太阳辐照对近红外激光高度计接收系统的影响

根据太阳辐射传输理论,对一星载近红外激光高度计样机在轨运行时,不同的姿态所受到的太阳辐照进行了分析.该激光高度计的工作波长为1064nm.结合激光高度计样机的系统灵敏度,分析得到在激光高度计正常工作时,系统所接收到的星球表面漫射的太阳辐照产生的背景噪声约是系统灵敏度的十分之一,对系统的影响可以忽略.根据雪崩二极管的损伤阈值以及太阳直接辐照时到达探测器的太阳辐照,得到在空间没有任何保护措施的情况下,雪崩二极管所能承受的太阳直接辐照持续为4 s.根据分析所得结果,提出了改进措施,为系统的进一步完善提供了依据.

星载激光高度计几何定位误差传播分析

星载激光高度计能够获取高精度的地面高程信息,可作为卫星光学遥感影像三维测图的补充。星载激光高度计的高程测量精度很高,但是平面精度较低。为了能够更有效的利用星载激光测高数据,需要研究星载激光高度计几何定位的误差源及其对定位精度的影响。文章从星载激光高度计几何定位模型出发,推导了星载激光高度计定位误差传播模型,得到影响星载激光高度计测高数据定位精度的主要误差源,并分析了各误差源对定位精度的影响,可以为星载激光高度计的设计和应用提供一定参考。

背景辐射功率对星载激光高度计信噪比的影响研究

"嫦娥一号"卫星的有效载荷激光高度计通过测量发射与接收信号之间的时间间隔,获得星—月距离数据.本文分析了背景辐射功率、倍增因子与激光高度计最佳信噪比之间的关系,并利用积分球进行了不同背景辐射功率下的信噪比试验,验证了背景辐射功率以及雪崩二极管倍增因子对接收系统信噪比的影响.结果表明,在不同的背景辐射功率条件下,存在不同的最佳倍增因子,使接收系统获得最大信噪比.

月球探测卫星激光高度计地面定标与性能验证技术

月球探测卫星激光高度计服务于月面三维影像获取的科学目标,在研制过程中需要对激光高度计的固定参数及系统性能进行定标与验证试验,为分析科学和应用目标实现及后期三维数据处理提供必要的参数。介绍了月球探测卫星激光高度计地面定标与性能验证技术,内容包括激光光束发散角、测距系统延迟常数、测距范围、最大测程、测距分辨率及测距不确定度,并对测试误差进行了分析。试验结果表明,激光高度计系统性能符合设计要求,可以保证月面三维影像获取的实现。

基于嫦娥一号卫星激光高度计数据的月表有效反射率

月壤厚度反演是我国月球探测的重要科学目标之一,其重要影响因素之一就是月球表面的有效反射率。前人在月壤厚度反演研究中使用了光滑月表反射率模型,使得月表水平极化反射率和水平极化反射率分别为0.063和0.028(观测角:30°)。然而,月球表面是非常粗糙的,必须建立适合粗糙月球表面的有效反射率模型。因此,以嫦娥一号卫星微波辐射计数据的空间分辨率(3GHz通道,56km×56km)为标准,利用每个微波辐射计像元范围内的激光高度计数据(8×8个)建立相应的粗糙月表模型。然后,基于Q/H模型,进行月球表面的有效反射率研究,生成了观测角为30°时月球表面水平极化有效反射率和垂直极化有效反射率分布图。结果表明,月球表面的粗糙性对月表反射率影响很大,使得水平极化反射率降低,局部地区降至0.050;垂直极化反射率增加,局部地区可达0.040,增幅达40%。

“资源三号”02星载激光高度计收发匹配设计

随着星载激光高度计激光发散角和接收视场越来越小,对收发匹配的要求也越来越高,必须开展星载激光高度计收发匹配的仿真设计。文章对星载激光高度计光机系统的主要组成进行了介绍,分析了影响收发匹配的因素。针对激光器仿真技术不完善的问题,提出了基于激光器环境试验的星载激光高度计收发匹配仿真设计方法。该方法成功应用于"资源三号"02星激光高度计的设计中,卫星飞行所带来的收发不匹配约为47μrad,激光的指向变化和抖动小于40μrad,力学环境引起的失调小于35μrad,热环境引起的失调小于45μrad,光学装调精度优于20μrad,最终确定接收视场为500μrad。"资源三号"02星激光高度计目前已经在轨工作超过2年,有效验证了激光高度计收发匹配设计的有效性,对后续星载激光高度计收发匹配设计具有一定的借鉴意义。

CE-1立体相机影像与激光高度计数据不一致性分析

直接利用CE-1激光高度计测高数据制作月球表面模型,分辨率、精度都较低。利用激光测高数据改善三线阵CCD数据立体定位精度是一种有效方法。通过计算立体影像外定向参数、激光脚印(footprint)月固坐标,基于物方空间到像方空间的快速反投影算法,分析研究立体影像与激光高度计数据不一致性,目的是为后续CE-1探月三线阵影像数据与激光测高数据联合平差处理提供相对基准控制。通过不一致性分析试验,得到一些有益的结论,这些分析结果有望在下一步联合平差处理中获得应用。

激光高度计探测视场角的测试研究

激光高度计的探测视场角是影响系统性能的一个重要参数,论述了视场角对系统探测性能的影响.受到回波杂散光和探测器响应不均匀性的影响,激光高度计的探测视场会随回波能量的改变而发生变化,而回波能量随探测距离发生变化.本文提出了测试激光高度计整机探测视场角的方法,并且模拟了系统在实际工作状态时的情况;对于有近程延时保护的系统,给出了测试的解决方案.对设计视场角为1.5m rad的激光高度计进行了测试,调节模拟回波信号能量至5×10-8W,模拟其工作距离为200km时的工作状态,得出系统的探测视场角为1.46m rad.

星载激光高度计综合性能分析

本文介绍了星载激光高度计的基本组成和主要作用，并以火星激光高度计(MOLA)为例，具体说明了高度计实现测距、测量目标表面的结构和返照率的方法，在此基础上，对星载激光高度计研制的重点和难点进行了简要分析。

嫦娥一号激光高度计在轨测量数据误差分析研究

利用嫦娥一号卫星（CE-1）激光高度计在轨探测科学数据，研究激光高度计月球高程探测误差。对月球南北极纬度60°-90°范围进行月球表面区域划分，进行高程测量重复点的搜索、区域高程粗差的剔除、残差和标准差的计算，并给出处理后区域残差与标准差的分布，对月球南北极区的处理结果作出对比分析，得出南极区纬度60°-90°内区域平均标准差较北极区域偏大。该处理结果为进一步分析激光高度计测量误差的来源提供科学依据，为探月卫星携带的各种有效载荷的设计在精度要求上提供理论指导和参考数据。

激光高度计接收脉冲回波信号分析器

激光高度计接收脉冲回波是叠加有噪声的多重非高斯波形,有效提取非高斯波形的统计参量对于反演目标高度和种类信息是十分关键的。基于接收脉冲回波信号的特点,利用广义高斯函数模型完成接收脉冲回波信号的数学建模。通过对接收脉冲回波的平滑滤波和初始参数获取,并采用非线性最小二乘算法,开发了一种提取接收脉冲回波统计参量的波形分析器。利用波形分析器对仿真的回波波形进行了处理,结果表明,对于15 dB的单个广义高斯波形,其统计参量的最大提取误差不超过1%。随着广义高斯分量个数的增加以及回波信噪比的降低,统计参量的提取误差有所增加。利用波形分析器能够有效地提取回波波形的统计参量,为反演目标信息提供数据依据。

嫦娥一号激光高度计在轨月球高程数据测量不确定度研究

对嫦娥一号激光高度计月球表面在轨高程探测数据进行了误差分析处理和不确定度评定研究。首先,选择了月海平坦地形区域的激光高度计高程数据;然后分析了主要的探测不确定度来源,建立了相应数学模型;最后采用了蒙特卡洛方法(MCM)进行了不确定度评定研究,给出了某些月海区域高程探测不确定度评定结果,并与测量不确定度表示指南方法(GUM)进行对比。研究结果表明:MCM评定方法与GUM方法结果基本一致;处理结果也能和其他月球探测结果进行对比研究,希冀对月球及空间环境有更多、更新的发现。

弹载双波长输出激光高度计参数设计

采用雷达高度表的巡航导弹地形匹配导航系统易受电子干扰影响而失效。针对该问题,提出应用红外/蓝绿双波长输出的激光高度计代替雷达高度表进行地形探测的方案,该方案还可解决巡航导弹在跨海攻击时无法制导的难题。根据激光测高和测深方程及探测器输出信噪比计算公式,采用数字仿真的方法对高度计性能进行了评价。仿真结果表明,红外和蓝绿激光的峰值功率分别达到50kW和450kW左右时,可基本满足测高和测深的要求,并确定了激光高度计单脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率、光束发散角等参数值。

应用于地形匹配导航的激光高度计设计

为解决基于雷达高度表探测的地形匹配导航系统探测精度不高、易受电子干扰影响而失效、且在跨海飞行时无法导航的难题,设计了一种激光高度计来代替雷达高度表进行地形探测。采用二极管泵浦固体激光器技术设计激光发射装置,输出近红外/蓝绿双波长激光,既可以测量陆地地形高度,又可以穿透海水探测海底地形;并根据激光高度计拟达到的性能指标选择合适的光电探测器,优化设计了光学系统、扫描系统和信号处理系统。所设计的激光高度计具有体积小、重量轻、高重频、探测灵敏度高、抗电磁干扰能力强等特点。

激光高度计地面定标模拟系统设计

星载激光高度计广泛地用于多种地形地貌的科研分析,例如冰层和植被覆盖变化.针对星载激光高度计数据的定量化应用,研究了激光高度计的定标方法,并设计了激光高度计地面定标模拟系统加以验证。该系统包含探测器阵列和高精度脉冲计时系统两部分,用于定标星载激光高度计的对地指向角和时间戳。对定标系统的性能进行实验测试和软件仿真,结果显示:探测器能够探测平均能量3 nJ/cm^2的光斑,探测范围为1~16 nJ/cm^2,计时系统计时精度为1.25 ns。

激光高度计技术及其应用

我国的嫦娥1号月球卫星有一项很重要的工作,那就是绘制一张完整且精确的月球三维地形图,即测量卫星到星下点月球表面的距离,结合光学成像数据,生成月球表面三维影像。担任这项工作的是卫星上的"激光眼"——激光高度计。

嫦娥二号卫星激光高度计成功开机

据中科院上海技物所网站报道，2010年10月15日傍晚17：09：46，由该所研制的激光高度计在嫦娥二号卫星上顺利开机，17：16：11向月球发出第一束激光后，立即收到了距离数据98740m，标志着激光高度计开机工作取得成功。至10月18日凌晨，该激光高度计已稳定运行55h，激光探测率保持在99．9％以上。

拍摄中国第一张全月球三维图的嫦娥一号卫星的激光高度计

嫦娥一号卫星激光高度计2007年10月24随嫦娥一号卫星发射升空,11月28日在环月轨道上开机后,获取了共计912万点有效月球三维高层数据, 圆满地完成了探测任务.