《星载激光测高仪在轨场地定标方法gbt+42647-2023》详细解读

《星载激光测高仪在轨场地定标方法gb/t42647-2023》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4一般要求4.1激光定标场4.2测量仪器设备contents目录4.3测量环境5定标数据获取5.1地面测量数据5.2大气参数5.3星载激光测高仪数据6技术流程与计算方法6.1技术流程contents目录6.2计算方法7定标不确定度分析7.1分析步骤7.2不确定度影响因素7.3不确定度计算式011范围适用对象本标准适用于星载激光测高仪在轨场地定标。适用于各类卫星搭载的激光测高仪器。场地定标的具体技术要求和操作步骤。定标数据的处理和分析方法。星载激光测高仪的场地定标流程。涵盖内容本标准不适用于地面激光测高仪或其他非星载激光测高设备。不涉及激光测高仪的设计和制造过程。不适用范围022规范性引用文件《星载激光测高仪性能评价方法》《卫星导航定位术语》国家标准《卫星导航定位系统坐标和时间》行业标准《航天器测控和卫星导航术语》《卫星导航地面试验验证方法》《卫星导航定位系统及其服务性能标准》这些规范性引用文件为《星载激光测高仪在轨场地定标方法》的制定提供了重要的参考和依据，确保了该国家标准的科学性和准确性。同时，这些引用文件也涵盖了卫星导航定位领域的多个方面，为相关领域的研究和应用提供了标准化的术语和测试方法。《全球导航卫星系统接收设备性能标准和建议测试方法》国际标准033术语和定义星载激光测高仪是一种装载在卫星上的主动式光学遥感仪器。它通过向目标发射激光脉冲并接收回波信号来测量地表高程信息。星载激光测高仪具有高精度、高分辨率和高效率等优点，广泛应用于地形测绘、森林资源调查、冰川监测等领域。3.1星载激光测高仪在轨场地定标是指对在轨运行的星载激光测高仪进行性能评估与校准的过程。3.2在轨场地定标该过程需要选取具有代表性的地面目标作为定标场地，通过布设探测器并采集数据来评估仪器的测量精度和稳定性。在轨场地定标是保证星载激光测高仪数据质量的重要环节。010203定标探测器是用于在轨场地定标过程中采集数据的设备。它需要具备高精度、高灵敏度和高稳定性等特点，以确保定标数据的准确性和可靠性。定标探测器的布设位置和测量方式需要根据具体的定标需求和场地条件来确定。3.3定标探测器3.4布设与测量方法布设方法指的是在选定的定标场地内，按照一定规则和密度设置定标探测器，以确保能够全面、准确地反映场地内的地形和地物信息。测量方法则包括激光脉冲的发射、接收和处理等步骤，以及后续的数据处理和分析过程，旨在获取高精度的地表高程信息并评估星载激光测高仪的性能。044一般要求人员与培训进行在轨场地定标的人员应接受专业培训，了解定标流程、设备操作以及数据处理方法。定标场地选择定标场地应满足一定的条件，包括地形平坦、地表覆盖均匀等，以确保定标的准确性。定标设备要求需要使用高精度的测量设备，以确保定标数据的可靠性。这些设备应经过严格校准，并在使用前进行检查。4.一般要求4.一般要求安全规范：在进行在轨场地定标时，应遵守相关的安全规范，确保人员和设备的安全。此外，一般要求中还可能涉及定标过程中的环境条件记录、数据记录与保存等细节，这些都是确保定标结果准确性和可重复性的重要环节。总的来说，一般要求为星载激光测高仪在轨场地定标提供了基本的指导和规范，确保定标工作的顺利进行和结果的准确性。这些要求涵盖了场地、设备、人员和安全等多个方面，为实际操作提供了全面的保障。054.1激光定标场场地选择与要求安全性确保场地安全，无威胁人员和设备安全的因素。地表覆盖定标场的地表覆盖应均匀且稳定，避免季节性变化对定标结果产生影响。地理位置定标场应选在平坦、开阔且地形地貌具有代表性的区域，以减少地形起伏对激光测距的影响。标定目标在场地内布设一定数量的标定目标，如反射板或角反射器，用于激光测距的精确校准。分布与密度场地布设标定目标的分布应均匀且密度适中，以确保激光测距的全面性和准确性。0102定期维护对定标场进行定期维护，确保标定目标的完好性和场地条件的稳定性。数据管理建立完善的数据管理系统，记录每次定标的数据和结果，以便后续分析和比对。场地维护与管理使用定标场前需提前申请，并遵守场地的使用规定和管理制度。使用申请在进行激光测距时，应确保人员和设备的安全，避免激光对人体和环境造成危害。安全操作场地使用与注意事项064.2测量仪器设备4.2.1激光测距仪作用用于精确测量目标物体与仪器之间的距离。具有高精度、高稳定性、快速响应等特点，以满足在轨场地定标的需求。选型要求需定期进行校准和维护，以确保测量结果的准确性。使用注意事项用于接收并检测激光测距仪发出的激光信号，将其转换为电信号进行处理。作用具有高灵敏度、低噪声、快速响应等特点，以提高测量精度和效率。性能要求根据实际需求选择合适的光电探测器，如硅光电池、光电二极管等。选型建议4.2.2光电探测器010203负责采集光电探测器输出的电信号，并进行处理、分析和存储。作用具备高速数据采集、实时处理、数据分析和存储等功能，以便于后续的数据处理和应用。功能要求需考虑系统的稳定性、可靠性和易用性，以满足长时间在轨运行的需求。系统设计4.2.3数据采集与处理系统包括电源、通讯设备、温控设备等，以确保测量仪器设备的正常运行。电源要求稳定可靠的供电系统，以满足仪器设备的长时间运行需求。通讯设备具备高速数据传输和远程控制功能，以便于实时监测和控制仪器设备的工作状态。温控设备确保仪器设备在适宜的温度范围内运行，避免因温度变化引起的性能波动。4.2.4辅助设备074.3测量环境VS在晴朗无云的天气条件下进行定标测量，可以确保激光束能够直接到达地面，减少大气中的散射和吸收影响。能见度要求测量时的能见度良好，以确保激光足印清晰可见，提高定标精度。晴朗天气天气条件平坦开阔场地选择平坦且开阔的场地进行定标，可以减小地形起伏对激光测距的影响，同时确保激光足印能够完全落在场地内。地表覆盖物场地内的地表覆盖物应均匀且稳定，以避免激光束在不同地表类型上产生不同的反射效果。场地条件大气条件大气湍流大气湍流会影响激光束的传播路径，进而影响测距精度。在定标过程中，需要考虑大气湍流的影响，并采取相应的补偿措施。大气透明度大气透明度对激光测距的精度有重要影响，因此需要选择大气透明度较好的时间段进行定标测量。人员安全在激光发射和接收过程中，需要确保人员安全，避免激光束直接照射到人体或眼睛。设备安全定标过程中使用的设备需要妥善安置和保护，避免受到损坏或干扰。同时，需要确保激光发射器和接收器之间的通信畅通无阻，以保证定标数据的准确性和可靠性。安全条件085定标数据获取01卫星过境测量在卫星过境时，通过地面接收站接收星载激光测高仪发射的激光脉冲，并记录回波信号。5.1数据获取方式02地面探测器布设在选定的定标场地上，按照一定规则布设地面探测器，用于接收并记录星载激光测高仪发射的激光脉冲。03数据传输与存储将地面探测器接收到的数据传输至数据中心进行存储和处理。准确性确保获取的定标数据准确无误，能够真实反映星载激光测高仪的性能。完整性确保获取的定标数据包含所有必要的参数和信息，以便进行后续的数据处理和分析。一致性确保不同时间、不同地点获取的定标数据之间具有良好的一致性，以便进行比对和验证。5.2数据质量要求数据预处理对接收到的原始数据进行预处理，包括去除噪声、提取有效信号等操作。数据校正与归一化根据已知的场地参数和仪器参数，对预处理后的数据进行校正和归一化处理。定标参数计算根据校正后的数据，计算星载激光测高仪的定标参数，包括激光脉冲的发射能量、接收能量、回波信号的时间延迟等。0203015.3数据处理流程场地选择选择具有代表性的定标场地，确保场地参数与卫星过境时的实际情况相符。探测器布设严格按照布设方案进行探测器的布设，确保探测器的位置和朝向准确无误。数据安全确保定标数据的安全性和保密性，防止数据泄露和非法获取。0302015.4注意事项095.1地面测量数据能够测量角度和距离，并计算出目标点的三维坐标，是地面测量中常用的设备。全站仪通过接收卫星信号来确定地面点的地理位置，为定标提供空间参考。GPS接收机用于获取精确的地面高程数据，其精度和稳定性对于定标至关重要。激光雷达测距仪5.1.1测量设备动态测量通过移动测量设备，在不同位置进行快速测量，以获取更广泛的地面高程信息。实时差分测量利用双频GPS接收机和激光测距仪进行实时差分测量，提高测量精度和效率。静态测量在选定的定标点上安置测量设备，进行长时间的连续观测，以获取稳定、可靠的高程数据。5.1.2测量方法对原始测量数据进行滤波、去噪和平滑处理，以提高数据质量。数据预处理利用测量数据和相关算法，解算出地面点的高程值。高程解算通过对比分析不同测量方法获取的高程数据，评估测量精度和可靠性。精度评估5.1.3数据处理与分析测量设备的校准与检校确保测量设备的准确性和可靠性，避免因设备误差导致的测量偏差。数据安全与保密对测量数据进行加密和备份，确保数据的安全性和完整性。测量环境的选择选择具有代表性的测量环境，避免遮挡和干扰因素对测量结果的影响。5.1.4注意事项105.2大气参数气压表示大气压力的物理量，对激光传输有一定影响。5.2.1大气参数的种类01温度大气温度会影响大气的密度和折射率，从而影响激光的传输路径。02湿度大气中的水汽含量，对激光的传输和衰减有重要影响。03风向和风速会影响大气的湍流情况，进而影响激光束的传输稳定性。04气象站观测通过在定标场地附近设立气象站，实时监测并记录大气参数。遥感反演模式模拟5.2.2大气参数的获取方法利用卫星或地面遥感设备获取大气参数的信息，这种方法具有空间覆盖广、时间分辨率高的优点。通过大气传输模式，结合气象数据和地形数据等，模拟出定标场地的大气参数。修正激光传输路径根据大气参数，对激光在大气中的传输路径进行修正，提高测距精度。5.2.3大气参数在星载激光测高仪定标中的应用校正大气衰减利用大气参数校正激光信号在大气传输过程中的衰减，使测距结果更准确。优化定标模型将大气参数作为输入变量，优化星载激光测高仪的定标模型，提高定标精度。115.3星载激光测高仪数据数据特点高精度星载激光测高仪能够提供高精度的地表高程数据，对于地形测绘和地表覆盖研究具有重要意义。高分辨率与传统的遥感数据相比，星载激光测高仪的数据具有更高的空间分辨率，能够捕捉到更详细的地形信息。三维信息丰富通过激光测距原理，星载激光测高仪能够直接获取地表的三维坐标信息，为三维地形建模提供了有力支持。数据预处理对原始数据进行去噪、滤波等处理，以提高数据质量。数据处理流程数据校正根据已知的地面控制点或地形图数据，对星载激光测高仪数据进行校正，以消除系统误差和大气折射等因素的影响。数据插值与平滑采用合适的插值方法对数据进行插值处理，以得到连续的地表高程模型；同时，对数据进行平滑处理以消除局部异常值。地形测绘星载激光测高仪数据可用于生成高精度数字高程模型（DEM），为地形测绘提供基础数据。森林资源调查利用星载激光测高仪数据可以估算森林冠层高度和郁闭度等参数，为森林资源调查和管理提供支持。灾害监测与预警通过对星载激光测高仪数据的时序分析，可以监测地表形变和沉降等灾害迹象，为灾害预警和防治提供依据。数据应用126技术流程与计算方法技术流程概述6技术流程与计算方法确定定标场地及布置探测器。卫星过境前的准备工作，包括预测卫星轨道和激光指向。探测器布设与测量卫星过境时，记录激光足印数据。卫星过境后，处理和分析数据。6技术流程与计算方法010203010203根据地形、气象条件和卫星轨道预报，选取适合的定标场地。预测激光足印位置，并据此确定探测器的布设范围和个数。在卫星过境前，完成探测器的布设工作，并确保其工作状态良好。6技术流程与计算方法6技术流程与计算方法数据获取与处理01卫星过境时，通过布设好的探测器捕获激光足印，并记录相关数据。02对捕获的数据进行预处理，包括去噪、滤波等操作。03结合被触发探测器的准确位置坐标，确定地面足印中心位置坐标。6技术流程与计算方法“计算方法利用捕获的激光足印数据，通过特定的算法计算激光测距值和激光指向角。根据计算结果，对星载激光测高仪的系统误差进行在轨场地定标。6技术流程与计算方法0102036技术流程与计算方法分析定标结果的不确定度，评估定标的准确性和可靠性。注意事项对于复杂地形或特殊气象条件，需要采取相应的应对措施以确保定标的准确性。在进行在轨场地定标时，应确保探测器的布设位置准确、数据记录完整。在处理和分析数据时，应采用科学的方法和技术手段以提高结果的可靠性。6技术流程与计算方法136.1技术流程6.1.1定标准备设备准备与校准对用于定标的设备进行准备和校准，确保设备的准确性和可靠性。确定定标场地选择具有代表性的定标场地，确保其地表特性、大气条件等满足定标要求。卫星过境数据采集在卫星过境时，采集星载激光测高仪的原始数据。地面数据采集同时，在定标场地进行地面数据采集，包括地表高程、反射率等信息。6.1.2数据获取对采集到的原始数据进行预处理，包括去噪、滤波等操作。数据预处理将卫星数据与地面数据进行匹配和对比，分析差异和误差来源。数据匹配与对比6.1.3数据处理与分析建立定标模型基于数据分析结果，建立星载激光测高仪的定标模型。016.1.4定标模型建立与优化模型优化与验证通过多次迭代和优化，提高定标模型的准确性和稳定性。02输出经过定标后的星载激光测高仪数据。定标结果输出将定标结果与地面真实数据进行对比和评估，验证定标效果。结果评估与对比6.1.5定标结果输出与评估146.2计算方法1.数据预处理首先，需要对获取的原始数据进行预处理，包括去除噪声、异常值筛选和修正等，以确保数据的质量和可靠性。2.定标数据获取根据标准规定，需要获取一系列特定的定标数据，如测距值、激光指向角等。这些数据是后续计算的基础。6.2计算方法6.2计算方法4.计算方法与公式标准中提供了具体的计算公式和方法，用于处理和分析定标数据。这些公式和方法是基于星载激光测高仪的工作原理和性能特点而设计的，能够确保计算结果的准确性和科学性。5.不确定度分析在计算过程中，还需要进行不确定度分析，以评估计算结果的可靠性和精度。这包括分析各种误差来源、计算不确定度传播等。3.技术流程标准中明确了定标的技术流程，包括数据获取、处理、分析和结果输出的步骤。在计算过程中，需要严格按照这一流程进行操作。030201157定标不确定度分析7.定标不确定度分析不确定度的表示根据分析结果，不确定度通常以一定的置信区间或标准差来表示。这有助于用户了解定标结果的变动范围和可能存在的误差，从而在实际应用中做出合理的决策。分析方法为了准确评估定标结果的不确定度，标准中规定了详细的不确定度分析方法。这通常包括统计方法的应用，如标准差、方差分析等，以及可能的系统误差的评估。通过这些方法，可以对定标结果的可靠性和精度进行科学评估。不确定度来源在星载激光测高仪在轨场地定标过程中，不确定度主要来源于多个方面，包括但不限于测量设备的精度限制、环境因素的影响（如大气条件、地表反射特性等）、以及数据处理和分析过程中的误差。减少不确定度的措施：为了减少定标过程中的不确定度，标准中可能还提出了一系列措施，如优化测量设备、改进数据处理方法、选择更合适的定标场地等。这些措施的实施可以进一步提高星载激光测高仪在轨场地定标的准确性和可靠性。总的来说，定标不确定度分析是《星载激光测高仪在轨场地定标方法GB/T42647-2023》中的重要环节，它有助于确保定标结果的准确性和可靠性，为卫星激光测高数据的处理和应用提供坚实基础。7.定标不确定度分析167.1分析步骤收集星载激光测高仪的原始观测数据，包括激光脉冲的发射和接收时间、激光足印位置等信息。对原始观测数据进行预处理，包括去除异常值、滤波等，以提高数据质量。获取定标场地的精确高程信息，可通过其他高精度测量手段（如GPS、水准测量等）获得。7.1.1数据准备010203分析激光测距过程中的各种误差来源，如激光脉冲的发散角、大气折射、地表反射等。针对每种误差来源，建立相应的误差模型，并估算其对测距精度的影响。根据误差模型，对原始观测数据进行修正，以提高测距精度。7.1.2激光测距误差分析利用修正后的激光测距数据和激光足印位置信息，解算出每个激光足印点的高程值。将解算出的高程值与定标场地的精确高程信息进行对比，计算出高程误差。统计并分析高程误差的分布情况，评估星载激光测高仪的测距精度和稳定性。7.1.3高程解算与精度评估0102037.1.4结果展示与报告编写将分析过程中的重要数据和图表进行整理和展示，包括原始观测数据、误差模型、高程解算结果等。编写详细的分析报告，阐述分析步骤、方法、结果及结论，为后续星载激光测高仪的改进和优化提供参考依据。177.2不确定度影响因素激光脉冲能量的稳定性激光脉冲的能量波动会直接影响测距精度，因此需要对激光脉冲的能量进行精确控制。激光脉冲宽度的稳定性激光脉冲宽度的变化也会对测距精度产生影响，需要保持脉冲宽度的稳定性。激光脉冲的稳定性探测器的性能探测器的灵敏度探测器的灵敏度越高，对激光脉冲的响应越准确，从而提高测距精度。探测器的噪声探测器自身的噪声会影响测距精度，