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激光测高设备是月球和深空探测计划中的常用载荷之一。月球激光测高是对月球进行高精度地形测量的重要技术手段,可为月球重力场研究和月球内部结构研究提供全月的地形数据。 本论文以“嫦娥一号”月球探测器为研究背景,重点讨论了激光测高数据在月球探测器精密定轨中的应用,开展了定轨方法的研究和精度的分析,以期提升CE-1的轨道精度和激光测高数据的精度。同时,对CE-1激光测高数据的误差标校方法进行了研究,在此基础上综合多个探测器激光测高数据进行月球DEM的建立。最后,利用仿真计算验证了利用激光交叉点数据反演月球Love数h2算法的可行性。具体而言,本文的主要研究内容可以概括为以下的几个方面: (1)根据CE-1的轨道特征和激光高度计LAM的性能,分析了测高数据的误差来源和大小,详细讨论了轨道径向误差、仪器的测量误差、卫星的指向偏差以及地形起伏对高程数据的影响。其中,轨道径向误差对高程的影响最大,达到30m。针对本文研究工作需要多次且大量计算激光测高数据的交叉点位置,提出了利用离散勒让德多项式拟合星下点轨迹的方法,高效准确的提取交叉点位置和时间信息。 (2)分析和讨论了联合地基测量数据和激光测高交叉点数据定轨对CE-1科学任务阶段轨道精度的影响。对两类交叉点测量方程的建立及相关的偏导数进行了推导。根据LAM交叉点数据的时空分布情况,确定了定轨弧段的划分。分别计算了仅用地基测量数据,联合地基测量数据和第一类交叉点测量方程以及联合地基测量数据和第二类交叉点测量方程这三种定轨策略下的CE-1轨道精度,三种策略定轨重叠弧段的轨道误差分别为147m、155m和103m,讨论了第二类交叉点测量方程提升轨道精度的原因。 (3)通过滤波和交叉校正的方法对LAM测高数据的随机误差和系统性误差进行了修正,其中系统性误差包括时标误差,轨道误差以及仪器系统误差等。分析表明,交叉校正的方法可有效地对LAM数据的系统性误差进行标校。联合LAM、LALT和LOLA的数据,采用逐点内插的方法,得到了空间分辨率为0.0625°×0.0625°的综合月球DEM格网模型。利用LLRR和ALSEP站址位置对月球DEM的高程精度进行了检核,计算表明综合DEM模型的高程精度最高,LLRR和ALSEP的位置高程误差为17.79m。对DEM格网模型进行全球的球谐系数展开,得到了1400阶次的球谐系数模型。对球谐系数的空间频谱信号强度分析以及和重力场的相关系数分析表明,综合的月球DEM在高阶次时信号更强,有着更高的空间分辨率。 (4)根据理论计算分析了太阳和地球引起月球固体潮的量级大小以及周期特性,推导了月球Love数h2与激光测高交叉点之间的具体函数关系,并从仿真的角度对利用激光测高交叉点数据反演h2的精度进行了分析。计算表明,在测量精度为0.3m,轨道径向误差为2m的条件下,h2的解算误差约为5%。