下载文档原格式
第49卷第11期V ol.49N o.ll红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2020年11月Nov. 2020基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定赵朴凡，马跃，伍煜，余诗哲，李松(武汉大学电子信息学院，湖北武汉430072)摘要：在轨标定技术是影响星载激光雷达光斑定位精度的核心技术之一。
介绍了目前国内外星载 激光雷达的在轨标定技术发展现状，分析了各类在轨标定技术的特点。
针对新型的光子计数模式星载 激光雷达的特性，提出了一种基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定新方法，使用仿真点云 对标定算法的正确性进行了验证，并分别使用南极麦克莫多干谷和中国连云港地区的地表数据和美国ICESat-2卫星数据进行了交叉验证实验，实验结果表明：算法标定后的点云相对美国国家航空航天 局提供的官方点云坐标平面偏移在3 m左右，高程偏移在厘米量级。
文中还利用地面人工建筑等特征 点对比了算法标定后的点云与官方点云之间的差异，最后对基于自然地表的在轨标定方法的精度以及 标定场地形的影响进行了讨论。
关键词：光子计数激光雷达；自然地表；在轨标定；卫星激光测高中图分类号：TN958.98 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20200214Spaceborne photon-counting LiDAR on-orbitcalibration based on natural surfaceZhao Pufan，Ma Yue，Wu Yu，Yu Shizhe，Li Song(School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430072, China)Abstract:On-orbit calibration technique is a key factor which affects the photon geolocation accuracy of spaceborne LiDAR. The current status of spaceborne LiDAR on-orbit calibration technique was introduced, and the characteristics of various spaceborne LiDAR on-orbit calibration technique were analyzed. Aiming at the characteristics of the photon counting mode spaceborne LiDAR, a new on-orbit calibration method based on the natural surface was derived, simulated point cloud was used to verify the correctness of the calibration algorithm, and a cross validation experiment was made with the surface data of the Antarctic McMudro Dry Valleys and China Lianyungang areas and ICESat-2 point cloud data, the experimental results show that the plane offset between the point cloud calibrated by proposed algorithm and point cloud provided by National Aeronautics and Space Administration is about 3 m, elevation offset is in centimeter scale. The differences between the point cloud calibrated by the algorithm and the point cloud provided by National Aeronautics and Space Administration were also compared by using the feature points of artificial construction on the ground. Finally, the accuracy of the on- orbit calibration method based on natural surface and the influence of the calibration field topography were discussed.Key words:photon-counting LiDAR; natural surface; on-orbit calibration; spaceborne laser altimetry收稿日期:2020-05-28;修订日期:2020-06-29基金项目:国家自然科学基金(41801261);对地高分国家科技重大专项（11-Y20A12-9001-17/18,42-Y20A11-9001-17/18);中国博士后 科学基金(2016M600612, 20170034)作者简介:赵朴凡（1996-)，男，博士生，主要从事激光标定理论与方法方面的研究工作：Email:****************.cn导师简介:李松（1965-)，女，教授，博士生导师，博士，主要从事卫星激光遥感技术与设备方面的研究工作Email:**********.cn20200214-1第11期红外与激光工程第49卷0引言星载激光雷达是一种主动式的激光测量设备，它 根据激光脉冲的渡越时间（Time of Flight,ToF)获得 卫星与地表目标间的精确距离值，结合卫星平台的精 确姿态、位置信息以及激光指向信息后可以获得目标 的精确三维坐标。
基于大气数据的时序InSAR大气延迟误差校正方法比较【摘要】本文针对时序InSAR技术中大气延迟误差对地表形变监测的影响，提出了基于大气数据的大气延迟误差校正方法。
通过对不同校正方法进行比较，分析了它们在减小大气延迟误差方面的效果和优劣。
实验结果显示，基于大气数据的校正方法能够显著提高时序InSAR技术的监测精度和可靠性。
最后结论部分探讨了本研究的意义，并展望了未来研究方向。
本研究为时序InSAR技术在地表形变监测中的应用提供了重要参考，对于推动地壳运动监测与地质灾害预警具有重要意义。
【关键词】时序InSAR、大气数据、大气延迟误差、校正方法、比较、实验结果、讨论、研究意义、未来研究方向。
1. 引言1.1 背景介绍时序InSAR技术是通过利用合成孔径雷达干涉测量地表不同时刻的形变，实现对地球表面运动的监测和研究。
在时序InSAR技术中，由于大气介质的存在，会引起合成孔径雷达信号在传播过程中发生延迟，从而影响最终的反演结果。
大气延迟误差是时序InSAR数据处理中一个重要的误差源，如果不加以校正，会使得最终的形变监测结果产生较大偏差。
为了提高时序InSAR技术的精度和可靠性，研究人员提出了多种基于大气数据的大气延迟误差校正方法。
这些方法包括基于气象数据的改正模型和基于卫星观测数据的校正方法等。
通过针对不同地区和不同季节的大气特征进行分析，这些方法可以有效地对大气延迟误差进行补偿，提高形变监测的精度和稳定性。
本文旨在比较不同基于大气数据的大气延迟误差校正方法在时序InSAR技术中的应用效果，探讨各方法的优缺点，为进一步优化时序InSAR数据处理提供参考。
1.2 研究目的研究目的旨在比较基于大气数据的时序InSAR大气延迟误差校正方法的有效性和适用性，为更准确地监测地表形变提供可靠的技术支持。
通过深入研究时序InSAR技术原理和大气延迟误差的影响，探究不同校正方法的优缺点，并进行实验比较分析，旨在找到最优的校正方案。
博⼠后⼯作的些许感悟与体会为表彰做出突出成绩的博⼠后研究⼈员，清华⼤学⾃1997年开始组织评选“清华⼤学优秀博⼠后”。
“清华⼤学优秀博⼠后”奖每年评选⼀次，每次评选⼗名左右。
评选对象为进⼊我校博⼠后科研流动站从事博⼠后研究⼯作满⼀年以上（含⼀年）,中期考核结果优良，具有良好的思想品德、科研道德、创新思维、创新能⼒，并取得突出成绩和研究成果的在站博⼠后研究⼈员。
杜艳君，能动系，2013年于北京理⼯⼤学获⼯学学⼠学位，2013-2018年于清华⼤学能动系攻读博⼠学位，师从丁艳军教授；2018年获得博⼠学位后继续在能动系从事博⼠后⼯作，合作导师李政教授，主要研究领域为可调谐⼆极管激光吸收光谱（TDLAS）测量理论及应⽤研究，建⽴了⾼精度、免标定WM-DAS⽓体参数测量理论和⽅法。
在站期间获得博⼠后科学基⾦⾯上⼀等资助和特别资助，承担国家⾃然科学基⾦青年基⾦⼀项，国家重点研发计划⼦课题⼀项。
在Optical Express等国际知名期刊上发表SCI论⽂5篇，申请专利3项，软件著作权1项。
在站期间作为访问学者与德国计量研究院和德国波鸿鲁尔⼤学开展TDLAS相关合作研究。
2018年9⽉，博⼠毕业的我加⼊了清华⼤学能动系热测研究所开始博⼠后研究⼯作，有幸得到了合作导师李政教授和丁艳军教授等各位⽼师的悉⼼指导，能够和勤奋、进取的同事和同学⼀起⼯作，对于我博⼠后研究⼯作的顺利开展具有重要的促进作⽤。
两年的时光如⽩驹过隙转瞬即逝，忙碌⼜充实，回想起来，确实有许多经验和教训值得总结，借此机会与⼤家分享共勉。
⼊站初期，令我印象深刻的是博⼠后研究课题的选择。
对于我个⼈来讲，我在博⼠期间的课题是偏向于理论基础研究的“基于分⼦⾃吸收发射光谱的⽓体参数诊断”，经过五年的学习和研究，对于这⼀领域已经有了较为深⼊的认识和体会，博⼠后研究⼯作是否继续博⼠期间的课题⽅向是⼀个⾮常值得思考的问题。
⼀⽅⾯，继续博⼠期间的课题可以让⾃⼰有⼀个较⾼的起点和研究基础，从⽽使博⼠后期间的⼯作更加顺利；另⼀⽅⾯，五年的研究学习也让⾃⼰对相关领域有了更加全⾯的了解，给了⾃⼰⼀个重新审视和调整研究⽅向的机会。
GPS/InSAR摘要：文章探讨了由和GPS/ InSAR 数据融合的组合系统，通过对合成孔径雷达干涉测量GPS和（InSAR）原理的描述，及对两者数据融合的分析，对其在变形监测中的应用前景作了探讨。
关键词：沉陷滑坡监测数据融合0前言全球卫星定位系统GPS( G lobal Posit ioning System)的英文名称为/ N av igat ion Sate llite T im ing A ndRang ing /G loba l Position ing System0, 即/ 卫星测时测距导航/全球定位系统0, 简称GPS系统。
它是以卫星为基础的无线电导航定位系统, 具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。
能为各种用户提供精确的三维坐标、速度和时间。
InSAR 根据复雷达图像信息的相位差信息，利用传感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系，通过影像处理和几何转换来提取地面目标区地形的三维信息。
其特点是主动式遥感，全天候成像，空间分辨率高，覆盖范围大。
GPS 用于变形监测的作业方法主要有经典静态测量方法和动态测量方法。
GPS 和InSAR 技术的融合将在变形监测中具有广阔的应用前景。
1 系统简介GPS 即全球卫星定位系统( Global PositioningSystem) 是美国国防部研制发展的以卫星为基础的新一代导航定位系统。
该系统能满足军事部门和民用部门对连续实时定位以及三维导航的迫切要求，于1995 年4 月建成并投入使用。
GPS 是一种高精度的对地观测技术, 能较精确地确定电离层、对流层参数, 具有非常好的定位精度和时间分辨率。
GPS 主要由三部分构成: ①空间部分，由21 颗工作卫星和3 颗备用卫星组成，分布在20200 km 高的6 个轨道平面上;②地面监控分，由主控站、监测站、注入站、通讯及辅助系统组成; ③用户部分，由GPS 接收机、天线单元、接收单元组成。
692022年3月上 第05期 总第377期0.引言激光跟踪测量系统（Laser Tracker System）又称激光跟踪仪，是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。
它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标值。
它同时具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等优点，适合于大尺寸工件配装测量。
为了便于携带，一套激光跟踪仪系统分为跟踪部、跟踪仪控制机、应用处理机和靶标4个主要部分组成[1]。
民机行业应用最为广泛的激光跟踪仪包括Leica AT 和LTD 系列，如图1所示，此设备测量精度为±（15μm+ 6μm/m），通常使用的靶标半径为6.35mm，如配合测量辅助底座，则所测点高度提升至7.9375mm，多台测量设备联网可建立更大范围测量系统。
目前激光跟踪仪主要用于对飞机装配关键尺寸要素进行测量，如蒙皮外形、长桁轴线、拉紧接头、座椅滑轨、水平测量点、起落架安装交点等。
激光跟踪仪在大部件交付验收、飞机总装对接等工作中发挥着必不可少的作用。
图1 激光跟踪仪激光跟踪仪测量工作主要内容包括建立测量基准坐标系、部/组件调整定位、在已建的坐标系下进行现场实物测量、获得实测数据、进行数据分析、最终产品结构尺寸质量分析评判并形成测量报告。
与之对应，那么测量工作的误差主要有基准误差、部件定位误差、测量过程误差和数据分析误差等。
在这里我主要研讨在进行数据分析的过程中可能存在的误差，同时该误差与之前的每一项工作中存在的误差都有着密不可分的联系，通过分析我们也能更加明确他们的相互关系。
实际工作中，我们都是通过获取点的三维坐标值来进行测量和分析的，但不同的测量项目选取点的方式也不尽相同。
按照是否存在理论坐标值可分为确定点和不确定点（测量时无法找出确定的点位，对于所测点也不能确定其理论坐标值）；按照测量内容可分为点位置的测量、平面位置的测量和曲面外形的测量。
GPS原理与应用复习参考一、判断题(本大题共5小题，每小题1分，共5分)(请在答题纸上判断题答题区域作答)1. ( V)对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度。
精度指标通常是以相临点间弦长的标准差来表示。
2. ( X)GPS的测距码(C/A码和P码)是伪随机噪声码。
3. ( X )电离层延迟的大小与载波频率无关。
4. ( X)GPS定位直接获得的高程是似大地水准面上的正常高。
5. ( X )图形强度因子是一个直接影响定位精度、但又独立于观测值和其它误差之外的一个量。
其值恒大于1,最大值可达100，其大小随时间和测站位置而变化。
在GPS测量中，希望DOF越小越好。
二、判断题(本大题共5小题，每小题1分，共5分)(请在答题纸上判断题答题区域作答)1. (X)GPS测得的站星之间的伪距就是指GPS卫星到地面测站之间的几何距离。
2. ( V ) C/A码的码长较短，易于捕获，但码元宽度较大，测距精度较低，所以C/A码又称为捕获码或粗码。
3. ( V) GPS的空间部分(卫星星座部分)由21颗工作卫星、3颗备用卫星组成，均匀分布在6个轨道上。
|4. ( X ) GPS定位直接获得的高程是似大地水准面上的正常高。
5. ( X ) GPS静态定位之所以需要观测较长时间，其主要目的是为了削弱卫星星历误差的影响。
三、填空题(本题共15空，每空1分，共15分)(请在答题纸上填空题答题区域作答)1. 按照《规范》规定，我国GPS测量按其精度依次划分为AA A、B、CD E六级，其中C级网的相邻点之间的平均距离为15〜10km最大距离为40 km 。
2. GPS定位系统包括空间部分、地面控制部分和用户设备部分。
3. 从误差来源分析，GPS测量误差大体上可分为以下三类：与卫星有关的误差，与信号传播有关的误差和与接收设备有关的误差。
4. 美国国防部制图局(DMA于1984年发展了一种新的世界大地坐标系，称之为美国国防部1984年世界大地坐标系，简称WGS-84 。
卫星测高技术的原理及应用摘要：卫星测高技术是空间大地测量中的一个关键的新技术，自其产生以来，得到了迅速的发展，并在大地测量学、地球物理学、海洋学中得到了广泛应用。
本文主要介绍了卫星测高技术的产生、原理和应用，并在最后对自己的学习收获进行了简单的总结。
1引言卫星测高的概念是在1969年Williamstown召开的固体地球和海洋物理大会上由美国著名大地测量学者考拉首次提出的。
它以卫星为载体，借助空间、电子和微波、激光等高新技术来量测全球海面高。
20世纪80年代以来，计算机技术和空间技术高速发展，地球科学在宏观和微观的研究上进入了一个迅速发展和深入探索的时期。
在此期间，地球科学各分支学科出现了大量新的学科生长点，提出了许多新学科、新概念、新技术。
卫星测高学在这种形势下随着卫星遥感遥测技术的应用发展起来，它利用卫星上装载的微波雷达测高仪，辐射计和合成孔径雷达等仪器，实时测量卫星到海面的距离、有效波高和后向散射系数，并通过数据处理和分析，来研究大地测量学、地球物理学和海洋学方面的问题。
自1969年考拉提出卫星测高构想，1970年美国宇航局（NASA）发射天空实验室卫星（Skylab）进行首次卫星雷达海洋测高实验以来，30多年间国际上先后陆续发射了多代测高卫星，主要有:美国NASA等部门发射的地球卫星GeosO3（1975年），海洋卫星Seasat（1978年），大地测量卫星Geosat（1985年）;欧洲空间局（ESA）发射的遥感卫星ERSO1（1991年）和ERSO2（1995年）; NASA和法国空间局（CNES）合作发射的海面地形实验/海神卫星Topex/Poseidon （T/P，1992年）。
卫星遥感技术经历了改进和完善的过程，技术和性能已趋成熟，测高精度已提高了三个数量级。
卫星测高技术经过几十年的发展，其技术和性能日趋成熟，测高精度、分辨率有了很大的提升，应用范围也扩展到全球区域的覆盖。
它可以在全球范围内全天候地多次重复、准确地提供海洋、冰面等表面高度的观测值，改变了人类对地球特别是海洋的认识和观测方式，使我们有能力并且系统地进行与之有关的各种研究。
单选题1. 以下可以减弱SA政策影响的是_______。
(5分)(A) 测站间求差(B) 卫星间求差(C) 历元间求差(D) AS参考答案：A2. 在载波相位测量相对定位中，当前普遍采用的观测量线性组合方法有_______。
(5分)(A) 单差法和三差法两种(B) 单差法、双差法和三差法三种(C) 双差法、三差法和四差法三种(D) 双差法和三差法两种参考答案：B3. 以下不会削弱GPS定位精度的因素是_______。
(5分)(A) 晴天为了不让太阳直射接收机，将测站点置于树荫下进行观测(B) 测站设在大型蓄水的水库旁边(C) 在SA期间进行GPS导航定位(D) 夜晚进行GPS观测参考答案：D4. 载波相位测量差分法中不含整周未知数的是_______。
(5分)(A) 单差分(B) 双差分(C) 三差分(D) 四差分参考答案：C5. 载波相位测量值在历元间求差后可消去_______。
(5分)(A) 接收机钟差(B) 卫星钟差(C) 电离层延迟(D) 整周未知数参考答案：D6. 双差观测方程相对于单差观测方程可以进一步消除_______。
(5分)(A) 整周未知数(B) 多路径效应(C) 轨道误差(D) 接收机钟差参考答案：D7. GPS信号传播过程中所引起的误差主要包括大气折射误差以及_______。
(5分)(A) 多路径效应(B) 对流层折射延迟(C) 电离层折射延迟(D) 卫星钟差参考答案：A8. GPS卫星之所以要发射两个频率的信号，其主要目的是为了_______。
(5分)(A) 消除对流层延迟(B) 消除电离层延迟(C) 消除多路径误差(D) 增加观测值个数参考答案：B判断题9. GPS测得的站星之间的伪距就是指GPS卫星到地面测站之间的几何距离。
(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：10. 在载波相位双差（先测站之间求差，后卫星之间求差）观测方程中，整周未知数已被消去。
(5分)正确错误参考答案：错误解题思路：11. 与卫星有关的GPS定位误差有：卫星星历误差、卫星钟误差和相对论效应误差。
对流层几种改正模型分析及在LGO和Pinnacle中的应用周适【摘要】分析了几种常用的对流层延迟改正模型和对流层延迟的影响因素,在软件LGO和Pinnacle中运用不同对流层改正模型,对外业GPS测量得到的数据进行基线解算,比较不同对流层模型解算后的基线各分量,并得出一些有益的结论。
%Some commonly used tropospheric delay correction models are introduced. Baseline is obtained with LGO and Pinnacle to process surveying date, and some conclusions are obtained by comparing different tropospheric delay correction models.【期刊名称】《全球定位系统》【年(卷),期】2012(037)002【总页数】5页(P48-52)【关键词】对流层;基线解算;LGO;Pinnacle【作者】周适【作者单位】中铁二局集团公司测量中心,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】P228.40 引言对流层指从地面以上40km的范围，大气层中质量的99%都集中在对流层。
对流层延迟指GPS电磁波在穿过对流层时，其速度会随着温度、压力和相对湿度的变化而变化，从而引起信号延迟。
因而，必须引入对流层模型对信号延迟的部分进行改正。
对流层延迟可分为两部分：干分量引起的干延迟和湿分量引起的湿延迟。
干分量占总延迟90%左右，通过流体静力学建模可比较精确的预测，而湿延迟是由水汽引起的，由于在大气中分布的不确定性而只能通过非流体静力学来建模，所以较难预测。
几种经典而常用的对流层改正模型都是通过这两部分计算。
GPS基线解算软件有代表性的可解双频双星的两款软件：徕卡的LGO和拓普康的Pinnacle 软件。
LGO提供的对流层改正模型有以下六种：1）Hopfield模型；2）简化的Hopfield模型；3）Saastamoinen模型；4）Essen和Froome模型；5）无对流层模型；6）计算模型；Pinnacle提供的对流层改正模型有以下五种：1）无模型；2）Goad－Goodman模型；3）Niell模型（1996）；4）Niell模型（2005）；5）UNBabac模型（2003）。
