資源三號02星激光測高精度分析與驗證

李國元，唐新明

1. 國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心，北京 100048； 2. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079； 3. 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023

資源三號02星激光測高精度分析與驗證

李國元1,2,3，唐新明1,2,3

1. 國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心，北京 100048； 2. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079； 3. 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023

資源三號02星搭載了我國首臺對地觀測的衛(wèi)星激光測高試驗性載荷，對該載荷的精度進(jìn)行了理論分析，并采用多個區(qū)域進(jìn)行了實際精度驗證，同時對其在航天測繪中的應(yīng)用進(jìn)行了試驗。資源三號02星激光測高儀在平坦地區(qū)(坡度≤2°)的理論高程精度為0.85 m、平面精度14.2 m。試驗表明，資源三號02星激光測高儀獲得的有效測高數(shù)據(jù)約占23.89%，檢校場區(qū)域其高程精度為0.89 m，平面精度為14.76 m；華北地區(qū)高精度DSM地形數(shù)據(jù)驗證其高程精度為1.09 m，內(nèi)陸渤海海面上的激光高程精度為0.47 m。將激光足印點作為高程控制點時，在陜西渭南試驗區(qū)能將資源三號02星立體影像無地面控制的高程精度從11.54 m提高到1.90 m。雖然資源三號02星激光測高儀為試驗性載荷，但試驗結(jié)果證實國產(chǎn)衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)能有效提高立體影像無地面控制的高程精度，在全球測圖工程中具有推廣應(yīng)用價值，建議后續(xù)立體測圖衛(wèi)星搭載業(yè)務(wù)化應(yīng)用的激光測高儀。

資源三號02星；衛(wèi)星激光測高；精度分析；全球測圖

衛(wèi)星激光測高具備主動獲取全球地表及目標(biāo)三維信息的能力，能為快速獲取包括境外地區(qū)在內(nèi)的三維控制點以及立體測圖提供服務(wù)，同時在極地冰蓋測量、植被高度及生物量估測、云高測量、海面高度測量以及全球氣候監(jiān)測等方面都可以發(fā)揮重要作用。美國從20世紀(jì)70年代就開始逐步發(fā)展衛(wèi)星激光測高，之后在國際上一直獨占鰲頭，在月球、火星及水星等星體測繪方面大量采用了衛(wèi)星激光測高技術(shù)[1-4]。而對地觀測領(lǐng)域，美國在1996年和1997年通過航天飛機SLA(shuttle laser altimeter)先后兩次搭載激光測高儀，成功獲得南北緯57°范圍內(nèi)的全球高精度控制點信息[5]；在2003年成功發(fā)射了ICESat(ice，cloud and land elevation satellite)衛(wèi)星，通過搭載GLAS(geo-sciences laser altimeter system)地球科學(xué)激光測高系統(tǒng)開展了極地冰蓋監(jiān)測、海冰高程測量、森林生物量估算、全球陸地高程控制點獲取等應(yīng)用[6-7]，在國際上形成廣泛的影響。美國還計劃在2018年發(fā)射ICESat-2/ATLAS(advanced topographic laser altimeter system)，并在國際空間站上搭載GEDI(global ecosystems dynamics investigation)激光測高載荷，高精度激光地形測量衛(wèi)星LIST(LiDAR surface topography)也正在預(yù)研之中[8-11]。

資源三號02星于2016年5月30日成功發(fā)射，搭載了國內(nèi)首臺對地觀測的試驗性激光測高載荷，主要用于測試激光測高儀的功能和性能，探索地表高精度的高程控制點數(shù)據(jù)獲取的可行性，以及采用該數(shù)據(jù)輔助提高光學(xué)衛(wèi)星影像無地面控制立體測圖精度的可能性。未來幾年，用于1∶10 000比例尺立體測圖的國產(chǎn)高分七號衛(wèi)星以及陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星也均將搭載激光測高儀，開展全球高程控制點獲取、樹高和生物量等森林參數(shù)的估算等應(yīng)用。在資源三號02星之前，由于缺乏相關(guān)國產(chǎn)衛(wèi)星型號及數(shù)據(jù)，我國在對地觀測衛(wèi)星激光測高領(lǐng)域的發(fā)展相對較慢。因此，借助目前資源三號02星試驗性激光測高載荷，開展數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用實踐，能有效促進(jìn)我國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為后續(xù)的高分七號、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星等激光測高載荷提供參考。

在衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理方面，文獻(xiàn)[12]對不同地形條件下的衛(wèi)星激光測高精度進(jìn)行了模擬仿真分析；文獻(xiàn)[13—15]對資源三號02星激光測高儀在軌幾何檢校進(jìn)行了研究和試驗，其中文獻(xiàn)[15]提出了一種“兩步法”在軌幾何檢校方法。筆者在文獻(xiàn)[16]中對衛(wèi)星激光測高嚴(yán)密幾何模型進(jìn)行了研究，并對資源三號02星激光測高儀的基本參數(shù)做了介紹，對第一軌激光測高數(shù)據(jù)的精度進(jìn)行了初步分析；文獻(xiàn)[17]對大氣折射引起的衛(wèi)星激光測距延遲進(jìn)行了分析，經(jīng)模型修正后的大氣折射誤差小于2 cm，不是測距的主要誤差源；文獻(xiàn)[18—19]則重點圍繞激光測高數(shù)據(jù)在林業(yè)森林參數(shù)提取應(yīng)用中的全波形數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了研究，對激光幾何定位處理方面則相對較少；文獻(xiàn)[20—25]針對衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)與光學(xué)影像聯(lián)合平差處理開展了研究，證實二者可以互補提高測圖精度。

文章在第1節(jié)對資源三號02星的激光測高理論精度進(jìn)行了分析，第2節(jié)對目前已有的02星激光測高數(shù)據(jù)進(jìn)行了多個區(qū)域的精度驗證，并將激光測高數(shù)據(jù)與立體影像進(jìn)行了聯(lián)合平差試驗，最后在第3節(jié)進(jìn)行了總結(jié)并提出了一些建議。

1 資源三號02星激光測高理論誤差分析

資源三號02星激光測高儀的相關(guān)參數(shù)在筆者所著的文獻(xiàn)[16]中已經(jīng)做了較詳細(xì)的說明，針對我國首臺對地觀測的試驗性激光測高儀，結(jié)合各類誤差源以及可行的改正精度，對其最終的測量誤差進(jìn)行定量分解非常必要，既有利于有針對性地開展數(shù)據(jù)處理工作，也能指導(dǎo)后續(xù)相關(guān)衛(wèi)星的技術(shù)改進(jìn)。國外在GLAS測量誤差分解方面做了大量的工作，文獻(xiàn)[26]分析了引起GLAS最終的測高誤差(約0.15 m)的主要來源包括：器件本身的測距誤差(0.10 m)、衛(wèi)星軌道徑向誤差(0.05 m)以及激光指向角與地形坡度的綜合影響(坡度/°且指向角誤差為/″時誤差為0.05 m)。在激光指向角接近天底方向時，對于大光斑激光足印點而言，因大氣折射引起的平面位置偏差基本可以忽略，而大氣折射引起的距離延遲最大可達(dá)2.35 m，必須加以改正。清潔大氣條件下，采用NCEP(national center for environmental prediction)大氣參數(shù)，目前大氣折射延遲改正算法精度可控制在2 cm左右，不是激光測高的主要誤差源。采用IERS(international earth rotation and reference systems service)公布的有關(guān)模型，潮汐影響的改正誤差也可控制在1 cm。本文將資源三號02星試驗性激光測高儀與GLAS的誤差指標(biāo)進(jìn)行了對比，如表1所示。在誤差分解的過程中，假定了相應(yīng)的系統(tǒng)誤差經(jīng)過了幾何檢校或部分誤差可以通過數(shù)據(jù)后處理的方式得到消除。其中激光測距系統(tǒng)本身的系統(tǒng)誤差、激光與星敏感器的安裝角誤差或激光指向角誤差的系統(tǒng)誤差需要通過在軌幾何檢校進(jìn)行確定[13-15]。而約2.35 m的大氣折射距離延遲以及40 cm的潮汐誤差，經(jīng)過事后大氣折射延遲和潮汐模型修正后，僅殘留2 cm和1 cm的隨機誤差。但云、霧霾等能見度不佳的天氣條件下，大氣對激光的影響不容忽視，相關(guān)的精細(xì)化改正算法還有待深入研究。

表1 資源三號02星與ICESat/GLAS激光定位誤差對比表

從表1可以看出，如果按資源三號02星給定的硬件測距誤差1.0 m(3σ)，取0.68 m(1σ)進(jìn)行分析，在坡度為1°的平坦地區(qū)，理論上02星激光足印點的絕對高程精度為0.74 m，平面精度為14.2 m，若坡度為2°，則高程精度為0.85 m。其中激光器本身的測距誤差是足印點高程的主要誤差源，衛(wèi)星姿態(tài)/激光指向角測量誤差是平面誤差的主要來源，而指向角與地形起伏的綜合影響也不能忽視，尤其在有一定坡度區(qū)域，平面誤差會引起較大的高程誤差，這也是提取激光高程控制點時盡量選取光斑內(nèi)地形平坦的原因所在[27]。雖然目前資源三號02星激光測高數(shù)據(jù)相關(guān)精度指標(biāo)與GLAS還有一定距離，但參照國標(biāo)的有關(guān)規(guī)定[28]，平坦地區(qū)1.0 m的高程精度能夠滿足資源三號用于1∶50 000立體測圖的高程控制需求，而且該平坦地區(qū)特指激光足印光斑內(nèi)的地形，即如果在山區(qū)或高山區(qū)，激光足印光斑正好位于一小塊平坦區(qū)域，該激光點仍能作為山區(qū)的高程控制點使用。

2 資源三號02星激光測高精度驗證

2.1 激光測高數(shù)據(jù)精度驗證試驗

為了保證資源三號02星激光測高數(shù)據(jù)處理的精度，消除硬件方面的系統(tǒng)性偏差，由國家測繪地理信息局衛(wèi)星測繪應(yīng)用中心牽頭，聯(lián)合黑龍江測繪地理信息局、陜西測繪地理信息局、內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪地理信息局、武漢大學(xué)、中科院安徽光機所、航天五院、北京市遙感信息研究所以及蘇尼特右旗人民武裝部等多家單位，精心組織了近100余名工程技術(shù)人員，于2016年8月中旬到9月上旬，在內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟蘇尼特右旗相關(guān)區(qū)域進(jìn)行了多次在軌幾何檢校試驗，并取得圓滿成功[13-14]。通過在軌幾何檢校，解算出了02星激光測高儀的指向角與測距系統(tǒng)性偏差。本文采用在軌幾何檢校后的參數(shù)、精密軌道參數(shù)、激光測距值，結(jié)合嚴(yán)密幾何模型，并對大氣折射延遲、潮汐等誤差進(jìn)行了改正，計算出激光足印點的三維坐標(biāo)[16]。

資源三號02星激光測高儀自2016年6月24日第一次開機，成功獲得第一軌試驗性激光測高數(shù)據(jù)以來，截至目前總共獲得了44軌數(shù)據(jù)。筆者通過開發(fā)相應(yīng)的處理軟件，已經(jīng)實現(xiàn)了02星所有激光測高數(shù)據(jù)的工程化處理，數(shù)據(jù)分布如圖1所示。由于是試驗性載荷，儀器壽命有限，因此目前激光測高數(shù)據(jù)總量還不夠多。02星激光測高儀每軌開機時間約為10 min，獲得的點數(shù)在800～1000個左右，目前獲得的總點數(shù)為35 314個。

圖1 資源三號02星44軌激光測高數(shù)據(jù)分布示意圖Fig.1 Distribution of ZY-3 02 satellite 44 orbits laser altimetry data

本文針對02星獲取的44軌激光測高數(shù)據(jù)，結(jié)合AW3D30(ALOS World 3D 30 m)數(shù)據(jù)進(jìn)行了高程精度分析，對不同高差的點數(shù)所占比例進(jìn)行了統(tǒng)計。由于AW3D30的高程精度為5 m[29]，因此與其高差小于5 m的02星激光足印點才可能是有效點?？傮w而言，目前02星僅有的44軌激光數(shù)據(jù)，與參考AW3D30相比，高差小于2 m的點所占比例為10.37%，總數(shù)為3661個；小于5 m的為23.89%，總數(shù)8435個，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

表2 資源三號02星44軌激光測高數(shù)據(jù)高程精度統(tǒng)計

續(xù)表2

為了驗證02星激光測高精度，采用精檢校后計算的激光足印點平面位置，在檢校區(qū)附近平坦地區(qū)利用高精度RTK-GPS測量了8個激光足印點的絕對高程坐標(biāo)，對比了檢校前、基于地形匹配的粗檢校以及基于紅外探測器的精檢校的高程誤差[14]，統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。顯然，檢校前資源三號02星激光測高數(shù)據(jù)存在較大的系統(tǒng)偏差，“兩步法”在軌幾何檢校法[15]后能大幅提高絕對高程精度，該區(qū)域的激光高程驗證精度為0.89 m，部分點高程誤差小于0.5 m。

由于大光斑激光的平面精度驗證比較困難，因此采用的是在檢校過程中被激光脈沖擊中的地面探測器作為檢查點。探測器的位置采用RTK-GPS可以精確測量獲得，按式(1)計算得到激光足印點中心的真實位置，統(tǒng)計檢校后經(jīng)數(shù)據(jù)處理獲得的激光足印點平面位置的偏差

(1)

式中，E(i,j)被擊中的探測的能量值；(i,j)代表探測器所在格網(wǎng)的行列號；(ic,jc)為按探測器的位置計算出的激光足印中心點的相對位置，根據(jù)格網(wǎng)間隔以及RTK-GPS測量得到的探測器陣列的絕對位置，可內(nèi)插出激光足印點的平面絕對位置坐標(biāo)。

表3檢校區(qū)附近部分激光足印點高程誤差統(tǒng)計

Tab.3Elevationerrorstatisticaloflaseraltimetryfootprintpointsnearthefieldcalibrationregion

點號與RTK?GPS高程偏差/m檢校前粗檢校精檢校后31190．452．520．2831090．192．250．5531790．182．260．2831690．232．290．3231391．513．581．6031290．322．380．4130990．612．650．6730890．993．031．05統(tǒng)計值最大誤差91．513．581．60最小誤差90．182．250．28中誤差90．562．660．89均值90．562．620．65標(biāo)準(zhǔn)偏差0．4710．470．47

資源三號02星共進(jìn)行了5次檢校試驗，但只有3次成功[13]，共有3個激光足印點可用，分別為編號A6809、E2818、W1909，其平面位置誤差統(tǒng)計如表4所示。經(jīng)檢校和數(shù)據(jù)處理后平面精度優(yōu)于15.0 m的水平，本文采用式(1)后結(jié)果比文獻(xiàn)[14]有一定進(jìn)步。由于平面精度檢驗的樣本有限，其精度的可靠性以及穩(wěn)定性還有待深入地分析驗證，但對于大光斑激光足印點作為高程控制點應(yīng)用而言，目前15.0 m的水平精度在足印點光斑為平坦地形時可以滿足應(yīng)用需求[27]。

表4檢校前后被探測到的激光足印點平面位置誤差統(tǒng)計

Tab.4Planimetryerrorstaticalresultofthecapturedlaserfootprintpoints

點號平面位置偏差/m直接定位粗檢校精檢校后A68098066．2995．4612．46E28188047．1186．3416．61W19098065．1084．8714．91中誤差8059．50589．01314．76

為進(jìn)一步驗證02星激光點的絕對高程精度，選取了華北某地高精度的DSM數(shù)據(jù)作為參考，該DSM為1∶2000基礎(chǔ)地理信息成果圖，格網(wǎng)大小為2.0 m，平面精度1.0 m，高程精度平地0.4 m，丘陵地區(qū)0.7 m，平面坐標(biāo)系為WGS 84，高程基準(zhǔn)為WGS 84大地高。2016年9月4日資源三號02星第1476軌正好經(jīng)過該區(qū)域，激光測高儀開機獲得了部分有效激光測高數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 華北某地高精度DSM及資源三號02星激光足印點示意圖Fig.2 Distribution of ZY-3 02 satellite laser footprint points and referenced DSM in north China

該區(qū)域離內(nèi)蒙古的外業(yè)檢校區(qū)有幾百千米的距離，且激光獲取時間與檢校時間也有一定間隔，在時間和空間上有一定代表性，能反映出檢校后的激光測高精度水平。區(qū)域內(nèi)共有15個02星激光足印點落在參考DSM的范圍內(nèi)，其中有2個屬于硬件記錄無效點，對余下13個點采用AW3D30以5 m作為閾值進(jìn)行有效點篩選，最終保留8個點，利用1∶2000高精度DSM參考地形數(shù)據(jù)進(jìn)行了精度評價。由于1∶2000 DSM格網(wǎng)大小為2.0 m，而02星激光為大光斑足印，因此高程精度統(tǒng)計時采用了兩種統(tǒng)計方式：①根據(jù)激光足印點的平面坐標(biāo)直接從參考DSM中內(nèi)插出高程；②根據(jù)激光足印點平面位置及光斑大小統(tǒng)計光斑范圍內(nèi)所有的DSM高程值的平均值，其中根據(jù)外場檢校結(jié)論，足印光斑大小取120 m。最終統(tǒng)計結(jié)果如表5所示。從表5中可以看出，經(jīng)處理后的02星絕對高程精度可以達(dá)到1.09 m的水平，少部分激光點的高程誤差小于0.5 m。

表5 ZY-3 02星第1476軌部分激光足印點高程統(tǒng)計表

對第1035軌激光測高數(shù)據(jù)，選取海面上中間的一段激光足印點，如圖3所示，采用EGM2008(earth gravitational model 2008)地球重力場模型數(shù)據(jù)[30]，計算激光足印點大地水準(zhǔn)面高，其高程剖面如圖4所示。經(jīng)統(tǒng)計，該軌數(shù)據(jù)在海面上的激光足印點高程均值為-0.23 m，中誤差為0.47 m，說明其內(nèi)部相對精度比較高，而最大與最小高程相差1.32 m可能是海浪的影響，同時還包括EGM2008模型的本身誤差。

圖3 第1035軌激光足印點海面足印分布圖Fig.3 Distribution of orbit 1035 laser footprint points on the sea

圖4 第1035軌海面上激光足印點高程剖面圖Fig.4 The profile of orbit 1035 laser footprint points on the sea

2.2 激光測高數(shù)據(jù)與立體影像聯(lián)合平差試驗

針對資源三號02星上同時搭載的立體相機和試驗性激光測高儀，選取位于西部渭南地區(qū)作為試驗區(qū)開展聯(lián)合平差試驗。具體的平差算法，筆者在文獻(xiàn)[20—21]中均進(jìn)行了闡述，試驗中采用基于有理函數(shù)模型RFM(rational function model)加像方平移的方式對RPC(rational polynomial coefficients)參數(shù)進(jìn)行補償，如式(2)和(3)所示

(2)

(3)

選取的試驗區(qū)的地理范圍為：[33.97°N，35.31°N]，[108.74°E，110.07°E]，區(qū)域中間是平原和丘陵，其他部分是山區(qū)，整個區(qū)域高差在1000 m左右。資源三號02星8月9日的第1081軌和8月14日的第1157軌經(jīng)過該區(qū)域，同步獲得了激光和影像數(shù)據(jù)，分別有36個和38個硬件記錄為有效的激光點落在試驗區(qū)。試驗中選取了27個外業(yè)高精度GPS點作為檢查點，綜合考慮影像上的刺點誤差，檢查點的絕對平面精度優(yōu)于0.5 m，高程精度優(yōu)于0.2 m。在與參考的AW3D30高差小于2.0 m的11個激光足印點中，選擇了6個點作為高程控制點，剩下的5個由于點位難以確定或地形存在明顯的不確定性而被舍棄，激光高程控制點與檢查點分布如圖5(a)所示?？紤]到AW3D30本身存在一定誤差，而保留下的高差小于2.0 m的激光足印點太少，進(jìn)一步放寬高差限制閾值，將與AW3D30相比高差小于5.0 m的激光足印點也進(jìn)行了保留，從中選取了16個點作為高程控制點，此時的激光高程控制點與檢查點分布如圖5(b)所示。

圖5 激光高程控制點與檢查點分布示意圖Fig.5 Distribution of ZY-3 02 laser elevation control points and check points

在實際平差試驗中，共進(jìn)行了如下幾種處理，最終統(tǒng)計結(jié)果如表6所示。

(1) 完全無地面控制，統(tǒng)計27個檢查點的誤差；

(2) 將27個點全部作為平高控制點，沒有檢查點，統(tǒng)計最終控制點的殘差；

(3) 選擇四角和中間共5個點作為平高控制點，統(tǒng)計余下的22個檢查點誤差；

(4) 選擇四角和中間共5個點作為平面控制點，統(tǒng)計余下的22個檢查點誤差；

(5) 選擇與AW3D30高差小于2.0 m的6個激光足印點作為高程控制點，統(tǒng)計27個檢查點誤差；

(6) 選擇與AW3D30高差小于5.0 m的16個激光足印點作為高程控制點，統(tǒng)計27個檢查點誤差。

表6 資源三號02星激光與影像聯(lián)合處理精度統(tǒng)計表

從表6可以看出，在有激光高程控制點參與的情況下，影像無地面控制的高程精度能有較大提升?；谟欣砗瘮?shù)模型，在16個激光高程控制點下，本試驗區(qū)資源三號02星影像無地面控制點高程測量精度從11.542 m提高到1.902 m，與采用5個全野外控制點的結(jié)果相當(dāng)，提升效果非常明顯。

3 總結(jié)與展望

本文針對資源三號02星試驗性激光測高載荷，開展了精度分析與多個區(qū)域的驗證，同時對國產(chǎn)激光測高數(shù)據(jù)提高衛(wèi)星影像無地面控制高程精度的應(yīng)用開展了初步試驗，能得到如下幾個結(jié)論：

(1) 作為我國首臺對地觀測的衛(wèi)星激光測高試驗性載荷，資源三號02星激光測高儀能獲得部分有效數(shù)據(jù)，以AW3D30高程作為參考，02星激光有效數(shù)據(jù)約占23.89%。

(2) 在平坦地區(qū)(坡度≤2°)，資源三號02星激光測高儀的理論高程精度為0.85 m、平面精度14.2 m。激光器硬件本身測距精度以及高精度姿態(tài)測量精度的不足，是制約國產(chǎn)衛(wèi)星激光測高幾何精度的主要因素。華北地區(qū)高精度DSM地形數(shù)據(jù)驗證02星激光足印點高程精度為1.09 m；內(nèi)陸渤海海面上的激光高程精度為0.47 m；在檢校場區(qū)域高程驗證精度為0.89 m，平面精度為14.76 m。

(3) 將激光足印點作為高程控制點時，在陜西渭南試驗區(qū)能將資源三號02星立體影像無地面控制的高程精度從11.54 m提高到1.90 m，影像的高程精度提升效果非常明顯。

資源三號02星激光測高儀為試驗性載荷，暫時無法業(yè)務(wù)化運行工作，但衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)在全球測圖工程中具有重要的應(yīng)用價值，國家測繪地理信息局在十三五規(guī)劃中已明確提出“全球地理信息資源開發(fā)”是五大核心任務(wù)之一，因此建議在資源三號后續(xù)衛(wèi)星中能配備業(yè)務(wù)化應(yīng)用的激光測高儀。此外，為了在全球氣候變暖、森林碳儲量監(jiān)測、極地冰蓋測量以及境外高精度地形測繪等方面掌握主動權(quán)，我國需要大力發(fā)展專門的激光測高衛(wèi)星，要瞄準(zhǔn)下一代的單光子激光測高衛(wèi)星，提前布局、積極開展相關(guān)的指標(biāo)論證與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，努力構(gòu)建我國自主的激光測高衛(wèi)星體系。

致謝：特別感謝黑龍江測繪地理信息局、陜西測繪地理信息局、內(nèi)蒙古自治區(qū)測繪地理信息局、武漢大學(xué)、中科院安徽光機所、航天五院、北京市遙感信息研究所以及蘇尼特右旗人民武裝部等資源三號02星激光測高儀外業(yè)檢校參研單位，感謝高小明、付興科、謝俊峰、陳繼溢、竇顯輝、張悅、朱廣彬等對論文試驗數(shù)據(jù)提供的幫助。

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Analysis and Validation of ZY-3 02 Satellite Laser Altimetry Data

LI Guoyuan1,2,3,TANG Xinming1,2,3

1. Satellite Surveying and Mapping Application Center，NASG，Beijing 100048，China； 2. School of Resource and Environmental Sciences，Wuhan University，Wuhan 430079，China； 3. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application，Nanjing 210023，China

ZY-3 02 satellite loaded with Chinese first earth observing satellite laser altimeter，and has been launched successfully on 30th May，2016. In this paper，the theoretical accuracy of the laser altimeter is analyzed，and several experimental areas are used to verify the actual accuracy. At the same time，the application of the laser altimetry data in the field of space-borne photogrammetry is tested. The laser altimetry theoretical accuracy of ZY-3 02 satellite in the flat area (slope less than 2 degrees) is about 0.85 m and 14.2 m in the elevation and planimetry direction，respectively. The effective laser altimetry data account for about 23.89%，and near the calibration field the elevation accuracy is 0.89 m，and planimetry accuracy is about 14.76 m. Moreover，the verified elevation accuracy is 1.09 m in the North China by high precision DSM terrain data，and laser footprint points accuracy on the surface of the Bohai inland sea is about 0.47 m. When the laser foot print point is used as elevation control point，the elevation accuracy of the ZY-3 02 satellite stereo images in Shaanxi Weinan can be increased from 11.54 m to 1.90 m without GCPs. Although ZY3-02 satellite laser altimeter is just a test，the results proved that the domestic satellite laser altimetry data can effectively improve the stereo images without GCPs，which will be valuable in the global mapping project. It is suggest that operational laser altimeter equip on the next satellite of ZY-3 serials.

ZY-3 02 satellite；satellite laser altimetry；accuracy analysis；global mapping

The National Natural Science Foundation of China (No. 41601505)；The Special Fund for High Resolution Images Surveying and Mapping Application System of China (No. AH1601-8)；The Surveying and Mapping Basic Research Program of National Administration of Surveying，Mapping and Geo-information (Nos. 2017KJ0204；2018KJ0204)

LI Guoyuan(1984—)，male，PhD，registered surveyor，majors in satellite laser altimetry data processing and application.

TANG Xinming

E-mail： tangxinming99@qq.com

李國元，唐新明.資源三號02星激光測高精度分析與驗證[J].測繪學(xué)報，2017,46(12)：1939-1949.

10.11947/j.AGCS.2017.20170174.

Li Guoyuan,Tang Xinming.Analysis and Validation of ZY-3 02 Satellite Laser Altimetry Data[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(12):1939-1949. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170174.

P236

A

1001-1595(2017)12-1939-11

國家自然科學(xué)基金(41601505)；國家高分專項高分遙感測繪應(yīng)用示范系統(tǒng)項目(AH1601-8)；國家測繪地理信息局基礎(chǔ)測繪科技項目(2017KJ0204；2018KJ0204)

張艷玲)

2017-04-11

2017-08-21

李國元(1984—)，男，博士，注冊測繪師，研究方向為衛(wèi)星激光測高數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用。

E-mail： ligy@sasmac.cn

唐新明