利用嫦娥一号激光高度计获取的800多万个有效记录点科学数据,描述了一种基于Kriging插值方法来生成空间分辨率为0.25°×0.25°全月球均匀网格的数字高程模型.即对激光高度计科学数据进行加权插值,通过引进以距离为自变量的变差函数来计算权值.因变差函数既可以反映激光测高数据的空间结构特性,又可以反应激光测高数据的随机分布特性,故采用Kriging方法插值可以得到较理想的月球高程模型.同时,基于生成的全月球数字高程模型得到了月球的汉麦尔投影、麦卡托投影、正面、反面、南极、北极等月球地形图.该模型也与国际上的月球模型Clementine、ULCN2005与CLTM-s01进行了对比.由于嫦娥一号激光测高数据达800多万个记录点,得到的月球数字高程模型的精度更高.

本文结合嫦娥一号卫星(CE-1)激光高度计产品数据,研究卫星激光测距数据处理和数字高程模型(DEM)制作的方法。通过滤波实验分析,构造了符合月球地形特征的经验滤波器,并确定了适合LAM数据的滤波窗口大小和地形滤波参数。结合实验结果改进了滤波流程,并对实验区滤波。利用滤波后的数据对八种基本的插值方法进行实验,通过计算插值精度、比较地形晕渲图以及地形剖面细节,评价和比较各方法的插值结果,由此得到结论,克里金插值方法较其他七种方法更适用于月球地形规则格网的生成。最后结合月海和高地两个典型区数据,验证了该套DEM提取方案对不同地形特征区域的适用性。从而,为利用CE-1激光高度计数据开展月球科学研究的科研人员,提供一套行之有效的地形数据处理参考方案。

基于月球大地测量参数在月球探测中的基础性作用以及目前能够获取的测量数据类型,选取嫦娥一号测高地形数据及Lunar Prospector月球重力场模型作为数据源,采用地形逼近方法,解算了月球主惯性矩、主惯性轴指向、月球赤道半径、极半径、平均半径、月球形状扁率及质心与形心偏移量(DCOM-COF)等大地测量参数,得到地形逼近三轴椭球体和三轴水准椭球体,并与国内外已有研究成果进行比较分析,认为新计算的三轴水准椭球能较精确地反映月球质心与形心的不重合状况以及偏移的方向和量级。

激光高度计是搭载在CE-1上的主要载荷之一,用于月球表面的地形测量.2007年11月28日02点22分,激光高度计成功获得第一个探测数据,截止到2008年12月4日,总共获取了约912万个探测数据,数据覆盖全月面.我们利用这些探测数据制作了空间分辨率为3km的全月DEM模型,月表地形地貌特征反映明显,地形细节表达层次分明、清晰可辨.DEM模型的平面定位精度为445m(1σ),高程测量精度为60m(1σ).根据这一DEM模型,测得月球表面最大高差为19.807km,最高点位于Engel’gardt撞击坑东缘(158.656°W,5.441°N,+10.629km),最低点位于Antoniadi撞击坑底部(172.413°W,70.368°S,?9.178km).通过比较,CE-1的激光高度计DEM模型,在精度和分辨率上明显优于美国ULCN2005,与日本SELENE激光高度计DEM模型相当,测量到的最高点与SELEN结果相似,但CE-1数据新发现了比SELEN结果更低的最低点.

月球的表面地形、物质成分和月壳厚度在月球正面和背面的分布均具有明显的二分性,绕月卫星的重力和地形等探测数据实现了人类对月球表面这种差异性的研究.利用嫦娥一号激光高度计探测数据获得的高精度月球地形模型CLTM-s01,结合月球全球重力场分布情况,提议出月球表面4个新的地形特征,分别是位于背面的类撞击盆地Sternfeld-Lewis,撞击盆地Fitzgerald-Jackson,撞击坑Wugang和正面的火山沉积高地Yutu,同时对以往被提议的一些大尺度撞击盆地的地形特征进行了分析和证认,并根据盆地特征划分了不同的盆地等级.

月球探测卫星激光高度计服务于月面三维影像获取的科学目标,在研制过程中需要对激光高度计的固定参数及系统性能进行定标与验证试验,为分析科学和应用目标实现及后期三维数据处理提供必要的参数。介绍了月球探测卫星激光高度计地面定标与性能验证技术,内容包括激光光束发散角、测距系统延迟常数、测距范围、最大测程、测距分辨率及测距不确定度,并对测试误差进行了分析。试验结果表明,激光高度计系统性能符合设计要求,可以保证月面三维影像获取的实现。