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： 25OCO-2 卫星首张全球二氧化碳分布图公布 25TAN DEM-X 进入该任务的科学研究阶段 27SCISAT 卫星帮助臭氧层演变研究取得重要发现 29NEC 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 31SENTINEL -1A 与 A LPHA 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系统 Clemetine1994 年由弹道防卫组织和 NASA 联合研制的对月观测 Clemetine号发射升空，开始了对月球表面的探测，以获取表面的有关信息图4 给出了 Clemetine 激光测高仪系统的实物及其绘制的月球 DEM 模型3图 4Clemetine 激光测高仪系统及其测得的月球表面地形图Clementine 系统中的激光测高系统由美国的 LLNL 公司制造，该测高仪的测距范围为 500km-640km，水平和垂直分辨率分别为 100m和 40mClementine 系统不记录回波信号，仅仅是对回波信号设置一定的阈值，以减小信号的虚警概率增加激光测距精度但是，考虑到阈值法忽略了回波信号的波形形态分布， 其获取的激光测距精度较低，仅为 40m小行星激光测高系统 NLR1996 年， NASA 研制的第一个观测空间小行星的激光测高系统 NLR 进入太空，NLR 是世界上第一个进入小行星轨道的激光测高仪，它搭载在尼尔（NEAR ）宇宙飞船上，用于测量宇宙飞船和厄洛斯 （Eros）之间的距离图 5 给出了 NLR 系统的实物及其绘制的 NEAR 行星的DEM 模型。
图 5 NLR 激光测高仪系统及其测得的 NEAR 行星地形图NLR 激光测高仪的测距范围为 50km，在距离行星表面 6.4km 处的激光脚点直径约为 1.5m，水平分辨率约为 3.7m由于采用阈值法来获取激光测距信息， 其测距精度也较低， 但是考虑到激光测距精度4与测距范围成反比关系， 因而其测距精度相对 Clementine 系统而言有较大幅度的提高，其值约为 1m地球科学激光测高仪系统 GLAS2003 年， NASA 用美国 delta-2 火箭，成功发射了 “激光测高仪试验卫星 ICESat（Ice, Cloud, and land Elevation Satellite ）”，这是第一颗实验型激光测高仪卫星，它是 “地球观测系统 ”（EOS）计划中的一颗卫星，由 NASA 戈达德航天飞行中心主持 GLAS 的研制和科学应用星上装载了一台地球科学激光测高仪系统 （GLAS）图 6 是 GLAS系统及其测得的南极冰层覆盖图图 6 GLAS 系统及其测得的南极冰层覆盖图GLAS 是新型的星载激光测高仪，它是目前世界上唯一一台具有高速回波信号存储、 处理与传输功能的星载激光测高系统。
通过对回波信号的事后分析与处理， 能够实现冰层距离与倾斜等信息的精确反演，其高程残差平方和精度（ RSS）仅为 13cm它用于观测两极冰层表面的特征和厚度，可制作较大比例尺的冰盖拓扑图水银激光测高仪 MLA2004 年，NASA 研制的水银激光测高仪（ MLA ）发射成功，它于2011 年达到水星，完成 360 天的水星表面和空间环境观测任务基于 MLA 的观测数据，可以实现对水星表面、空间环境、地球化学和距离等信息的测量图 7 是 MLA 系统的实物及其测得水星 DEM 模型5图 7 MLA 系统及其测得的水星地形图MLA 激光测高仪的最大测距范围在 800-1200km，其测距方式与 MOLA-2 系统一致，因而 MLA 系统在较低高度（ 200km）时的测距精度优于 1m水星激光测高仪系统 BELA水星行星轨道器（ MPO）是欧洲航天局（ ESA）与日本宇宙航空研究开发机构（ JAXA ）合作的水星探测项目，也是第 1 个欧日合作的大型探测任务 MPO 上搭载有 BELA 激光测高仪系统，用于探测水星表面结构 BELA 系统结构见图 8 所示图 8 BELA 激光测高仪系统结构原理MPO 设计于 2013 年由 “联盟 2 弗雷盖特 ”火箭发射，它飞行5 年10 个月后到达水星轨道，在围绕水星的极轨道上将飞行1 年。
日本月神号激光测高仪 LALT日本宇宙航空研究开发机构（ JAXA ）研制的月神号（ SELENE）是环月飞行的航天器，于 2007 夏天发射，轨道高度为 100kmLALT6系统及其测得的月球 DEM 模型见图 9 所示图 9 SELENE 卫星及激光测高仪载荷月神号探测器平台上载有激光测高仪（ LALT ），它是月神号平台上 14 种科学仪器中的一种其科学目的是确定月球形状，构建整个月球的地形数据库， 其中包括至今探测较少的极区 在精度和覆盖面方面， LALT 要比美国 Clementine 上的测高仪要好月球观察者激光测高仪 LOLA2009 年 NASA 研制的对月球观察者激光测高仪（ LOLA ）进入月球轨道 LOLA 会为月球绘制地图至少一年时间，它从北极转到南极再转回北极，每 113 分钟一周 LOLA 系统及其测得的月球 DEM 模型见图 10 所示图 10 LOLA 系统组成LOLA 采用了阵列光束发射，阵列探测器接收技术它会以每秒28 次的频率发射激光脉冲，每次脉冲由 5 束激光组成，并且在接收部分采用了 5 个 APD 探测器件同时接收回波信号，该技术不仅使得其测距精度达到 7.5cm，而且使测量周期从原来的三年缩短为一年。