随着对地观测技术的快速发展,卫星激光测高逐渐受到重视,在我国后续待发射的高分七号、陆地生态系统碳监测卫星上都将搭载激光测高载荷。2016年5月30日,资源三号02星成功发射,该卫星上搭载了国内首台对地观测激光测高试验性载荷,主要用于测试激光测高仪的功能和性能,探索地表高精度的高程控制点数据获取的可行性,以及采用该数据辅助提高光学卫星影像无控立体测图精度的可能性。在此之前,对地观测卫星激光测高数据处理及应用的研究在国内基本处于空白或刚刚起步的阶段,已有的一些研究基本是围绕美国的GLAS激光测高数据开展的,迫切需要针对我国自主的卫星激光测高数据开展相应的处理与应用研究。论文围绕对地观测卫星激光测高数据处理与应用的若干关键技术开展研究,重点面向资源三号02星激光测高数据的处理与应用需求,在卫星激光测高严密几何模型构建、高精度在轨几何检校、激光高程控制点的自动提取以及在航天摄影测量中的应用等方面进行了研究探讨与工程实践。论文较系统地总结了目前国内外激光测高系统的发展现状,对卫星雷达测高、卫星激光测距以及卫星激光测高三种不同的技术进行了对比分析,凸现了卫星激光测高领域的特点与价值。论文对卫星激光测高的基本原理进行了归纳和定义,重点对ICESat/GLAS激光测高系统的硬件构成、基本原理以及数据处理方法和产品分级标准进行了介绍,为有效借鉴ICESat/GLAS的成功经验提供参考。在卫星激光测高数据处理方面,构建了严密几何模型,分析了硬件误差、地形起伏、大气折射、光行差等几个主要误差源,修正了 GLAS对大气折射改正引起的平面位置偏差分析的不足,推导了资源三号02星激光测高的理论精度。在卫星激光测高仪在轨几何检校方面,提出了采用先验地形数据进行指向角粗检校以及基于地面探测器进行精检校的方法,重点对基于地形匹配的激光指向角粗检校方法进行了分析与模拟试验,通过GLAS的模拟试验结果论证了地形匹配方法的正确性,结合资源三号02星激光测高仪几何检校的实际需求,开展了具体的几何检校解算工作,将02星激光测高足印点的平面精度从8km多提高到15.0m,高程精度从90m提高到平坦地区优于1.0m,其中检校区少部分激光点高程精度优于0.5m。在卫星激光广义高程控制点自动提取方面,提出了一种多参数多准则约束的自动筛选方法,利用已有的公开的SRTM、AW3D30等全球地形数据,结合云量、饱和度、反射率、信噪比等激光测距属性参数以及回波波形特征参数,通过设定一定的阈值确保筛选后的激光点能作为广义高程控制点使用,天津和太原地区的试验结果表明筛选后的GLAS点绝对高程精度优于1.0m,且近一半的点优于0.5m;初步分析了对资源三号02星激光高程控制点的筛选结果,虽然没有波形数据,但利用AW3D30能确保筛选后,在平坦地区的资源三号02星激光足印点能作为高程控制点使用,华北某试验区筛选后的绝对高程精度优于1.0m。在卫星激光测高数据与光学立体影像联合处理方面,论文采用了基于严密成像模型和有理函数模型的两种联合平差方法,分别对同平台和不同平台或不同时相的卫星激光与影像数据进行了处理分析,结果表明加入卫星激光测高数据约束后,能有效提升资源三号立体影像的无控高程精度,无论是联合GLAS还是02星的激光测高数据,均能到优于3.0m的水平,影像分辨率略有提升的02星在部分试验区无控高程精度甚至能达到2.0m的精度。论文还针对国产对地观测卫星激光测高数据产品分级体系进行了初步研究探讨,同时将理论与工程实践相结合,自主开发了卫星激光测高数据处理与应用软件系统,并在GLAS、资源三号02星激光测高数据处理以及全球测图工程中进行了应用。论文研究成果在资源三号02星激光测高数据处理、在轨几何检校以及提升影像无控高程精度等方面已经得到具体的工程化应用。论文的相关结论对于我国未来的高分七号高分辨率立体测图卫星、陆地生态系统碳监测卫星等激光测高载荷的发展与应用将具有很好的借鉴意义和参考价值。