大数据时代航天遥感.pdfVIP

专题一：星载激光测高仪及其数据处理技术 1 专题二：大数据时代航天遥感系统的发展 17 简讯： 25 OCO-2 卫星首张全球二氧化碳分布图公布25 TANDEM-X 进入该任务的科学研究阶段27 SCISAT 卫星帮助臭氧层演变研究取得重要发现29 NEC 借新一代卫星平台扩大卫星商业出口30 新加坡电子科技将在今年发射TELEOS-1 卫星31 SENTINEL-1A 与ALPHA 卫星建立激光传输链路32 空客将SPOT-7 遥感卫星卖给阿塞拜疆33 中国资源卫星应用中心研究发展部 2015 年1 月 专题一：星载激光测高仪及其数据处理技术 星载激光测高仪（Satellite Laser Altimeter，SLA）是一种安置在 卫星上的主动式的激光遥感设备，它利用激光测量卫星与地面目标之 间的距离，结合星上的位置和姿态数据，从而获取目标的数字高程模 型（Digital Elevation Model ，DEM ）。星载激光测高仪硬件系统主要 由发射和接收系统组成，其结构原理见图1 所示。 位置/姿态系统 接收系统 发射系统 图1 SLA 系统的硬件组成原理 图1 中的位置/姿态系统是由卫星平台提供，不属于星载激光测高 仪系统本身。发射系统主要由激光器和发射天线组成，它负责产生规 定指向的脉冲激光。接收系统主要由接收望远镜、探测器及其电子系 统组成，它负责接收由目标散射回的激光束，并对回波光信号进行光 电转换和信号处理。 星载激光测高仪系统的工作原理为：激光测高仪持续地向被测目 标发射激光脉冲，激光脉冲穿过大气到达被测目标，经目标散射后产 生后向散射回波。由于被测目标的类型和高度分布复杂多变，因此， 1 后向散射回波的波形分布也相应地会发生改变，其示意图见图2 。不 同的波形分布对激光测量精度的影响程度也不同，因而对回波信号的 分析和处理至关重要。 图2 不同目标散射回波的波形分布 目标的后向散射回波再次穿越大气被测高仪上的望远镜接收，经 由光电探测器件的光电转换和滤波过程将激光脉冲回波转换成电脉 冲回波。通过对电脉冲回波数据的处理进而获取卫星与目标之间的距 离。 由于星载激光测高仪原始数据受到目标展宽、大气延迟、噪声等 各种因素的影响，导致回波信号的信噪比降低，使得激光测距的精度 发生降低。同时，考虑到星载激光测高仪获得的测距信息仅仅是建立 在瞬时坐标框架下，导致其数据的可用性下降，因此，必须开展星载 激光测高仪关键技术的研究，解决回波弱信号提取、激光测距数据改 正、激光脚点定位建模及误差分析等核心问题。 （1）星载激光测高仪系统的发展 星载激光测高是一门新兴技术，在地球科学和行星科学领域有着 广泛的应用。目前，世界上很多国家都在开展星载激光测高仪系统的 研制工作。其中，美国、日本、中国等国家相继研制成功了各自的激 光测高仪系统。 2  火星观察者激光测高仪MOLA 美国是世界上最早开展星载激光测高系统研究的国家。1974 年 “阿波罗”登月宇宙飞船上就应用了激光测高技术，这是世界上首个星 载激光测高系统。由于当时器件水平的限制，星载激光测高仪的平面 和高程精度较差。进入 90 年代，星载激光测高技术得到了迅速的发 展。1988 年和1996 年，NASA 研制的火星观察者激光测高仪1 号和 2 号（MOLA-1,2）进入火星轨道，用于绘制火星表面的数字模型， 如图3 所示。 图3 MOLA 系统及其测得的火星表面地形图 MOLA-2 是由美国的火星勘探号宇宙飞船所携带，其飞行轨道高 度约为 400km ，能够以 300m 的间距分辨率探测火星表面的轮廓。 MOLA-2 系统对回波信号不进行记录，而是利用其接收系统中的电子 线路对回波信号的时间重心、均方根脉宽和能量等统计参量进行分析 和解算，进而获取高精度的激光测距信，其激光测距精度可达到37cm。  对月观测激光测高仪