多卫星区域观测任务的侧摆方案优化方法研究

提出了多颗成像卫星对某一区域目标进行观测的侧摆方案优化方法。该方法主要包括调度预处理与优化两个步骤。在调度预处理阶段，集成STK软件解决了航天观测中时间窗口难以量化计算等问题；在优化阶段，建立数学优化模型，并基于遗传算法实现了模型的求解。     

一种面向区域目标的敏捷成像卫星单轨调度方法

针对传统卫星调度方法难以满足应急观测强时效性的问题,提出一种针对敏捷成像卫星的调度方法。首先动态计算敏捷卫星观测摆角、幅宽和持续时间,再以平行条带分割区域目标,获得最小姿态调整时间;在此基础上,设计等步长搜索算法求解对区域目标的最佳观测点。构建了包含4颗敏捷成像卫星的STK仿真场景,仿真结果说明该方法在提高观测目标覆盖率的同时减少了获取影像的时间。     

宽视场遥感相机像移速度模型及补偿策略

宽视场遥感相机在轨成像期间,受地球自转、卫星颤振、姿态机动等因素影响而产生像移,导致成像质量降低。为此,提出了一种适用于宽视场遥感相机的像移速度模型,并考虑了离轴角对计算精度的影响,推导了离轴三反相机像移速度和偏流角解析式。以某卫星为例,仿真分析了3种典型成像模式下像移速度和偏流角在焦面的分布情况,仿真结果与定性分析结果一致,验证了像移速度模型的正确性。在此基础上,针对侧摆兼具俯仰成像模式,提出了相应的像移补偿策略。补偿效果表明,卫星侧摆35°兼具俯仰35°成像时,采用全局优化偏流角匹配策略能保证整个焦面区域的调制传递函数（modulation transfer function,MTF）均大于0.95（16级）;采用局部优化偏流角匹配策略能保证焦面重点观测目标的MTF大于0.95（96级）;采用提出的像移速度匹配策略在分11组调节行周期情况下,能保证整个焦面区域的MTF均大于0.95（16级）。仿真结果表明,提出的像移补偿策略能有效解决侧摆兼具俯仰成像时的像质下降问题,可为宽视场遥感相机像移补偿提供可靠依据。     

面阵摆扫航空相机序列图像的大区域无缝拼接

针对新型航空相机采用高灵敏度、高帧频小面阵探测器,在垂直飞行方向快速往返摆扫成像,图像直接地理定向无法满足大区域拼接精度的问题,该文提出一种面阵摆扫航空相机序列图像大区域无缝拼接方法。采用自由网平差方法提高图像相对位置精度,采用顾及重叠的面Voronoi图方法来生成拼接线网络,利用均值-方差规定化方法进行单幅图像内部匀光,通过辐射空三方法进行区域图像整体匀光,最后通过基于模板的羽化方法来消除拼接线附近的局部辐射差异。通过航空飞行试验数据的大区域自动拼接试验表明,该方法能够实现序列面阵摆扫航空图像在视觉效果上的无缝拼接。     

柱面全景图像拼接方法的仿真分析

随着虚拟现实(VR)技术的兴起,全景图像得到了更为广泛的应用,目前多通过求解单应矩阵对图像进行变换,由多相机拼接获取全景图像,但该方法会破坏成像中的共线条件,使拼接后的全景图像难以精确进行摄影测量中的三维重建等工作。本文提出了一种柱面全景图像拼接方法并对其进行仿真分析,该方法基于摄影测量共线方程,设定拼接相机的数目、成像焦距、成像位置和成像姿态,模拟多拼相机的成图过程,构建从三维点云到二维图像的柱面成像方程,通过成像方程不仅可以实现各图像的全景拼接,而且可对影响全景图像拼接精度的各参数进行定量分析,试验结果表明:1本文提出的柱面成像方程和全景拼接方法可用于不同数目相机及倾斜成像下的全景拼接;2利用成像方程推导的误差方程可知,全景图像拼接的精度受焦距误差、中心误差和旋角误差的影响,其中,焦距误差可通过图像重采样的方法校正,中心误差与摄影物距密切相关,而旋角误差主要受拼接相机数目的影响。     

基于阴影图的航空遥感地面覆盖快速分析方法

航空遥感系统在地形复杂地区侧视成像作业时,有可能会因地形遮挡而出现成像盲区,在任务规划阶段进行载荷成像盲区检测是解决该问题的有效方法。鉴于现有基于地形可视域分析的盲区检测方法存在计算效率低、通用性差等缺点,提出了一种基于阴影图算法的航空遥感地面覆盖快速分析方法。实验结果表明,该方法不仅具有效率高、通用性强的特点,而且可定量分析载荷成像地面覆盖率,为航空遥感作业任务规划的盲区检测与覆盖评估提供了很好的支持。     

一种成像卫星区域覆盖的自适应规划方法

卫星对侦查区域的覆盖语义是影响侦查覆盖效率的关键因素之一。针对现有覆盖算法低效耗时的技术瓶颈,提出了一种针对成像卫星区域覆盖的自适应规划方法,包括自适应的网格划分、平衡成像精度和覆盖效率的最大可视覆盖计算以及窗口优化的卫星区域覆盖策略。通过与常用经典算法对比,验证了本文方法的有效性和鲁棒性。本文方法已成功应用于某些在轨卫星的区域覆盖任务。     

基于有效区域约束的GPU-CPU协同影像快拼方法

提出了一种以有效区域约束的Voronoi图为拼接线网络,利用GPU-CPU协同处理航空影像快速拼接方法。首先,基于成像有效区域生成有效区域约束的Voronoi图拼接线网络,解决了传统Voronoi图拼接线网络在低重叠度条件下拼接后影像局部区域不被覆盖的问题,然后利用GPU-CPU协同处理将正射纠正嵌入到影像拼接的过程中,并且只对每张影像的有效区域进行纠正,再通过选择配置优化和存储层次性优化进一步提高拼接效率。实验表明,对237张高分辨率航空影像进行快速正射纠正和拼接,本文算法较传统先纠正再拼接的方法效率提高近20倍,同时保证很高的拼接精度,可以满足应急测绘要求。     

对地观测卫星的区域目标分割与优选问题研究

目前大多数国家的卫星任务调度系统都只考虑解决点目标的观测任务,只有美、法少数几个国家研究并解决了区域目标的分割与优选问题,但现有方法对星载传感器成像特性考虑得不够,时间窗口利用率较低,易导致任务完成期拖后。为满足国防支援、灾难监视、紧急搜救等时间紧迫的应用需求,本文以一颗载有线阵推扫式CCD相机的传输型地球资源卫星为例,研究了在相机具有侧摆和前后摆能力时对多个区域目标的观测问题。文章深入分析了目前国外在分割处理区域目标时所采用的方法,指出了这些方法的不足之处,通过改进现有分割方法,提出了一种新的基于目标特征与星载传感器性能特征的区域分割方法,并建立了面向多区域目标的优选问题数学模型。     

朵云信息辅助卫星影像扫描区域的概略定位

利用卫星遥感影像中朵云与其阴影的成像差异以及扫描区域与成像时刻太阳方位角的关系,建立了3种云朵高度的计算公式。在此基础上,进一步提出了概略计算扫描区域坐标的方法。实验结果表明,该方法有效地解决了在缺乏传感器摆角的情况下对扫描区域的概略定位问题。根据推导的公式,利用物体与阴影在太阳赤纬角上的分量,还可以解决摄影时间不精确情况下的物体高度计算。该方式比用太阳高度角在时间上的敏感程度要小,因而降低了对时间的要求,尤其对单片航空摄影测量中物体高度计算更有利。     

CE-1立体相机成像几何模型研究

传感器成像几何模型是摄影测量数据处理的关键问题.本文分析了CE-1立体相机成像几何原理、阐述了立体相机内定向以及根据探月卫星辅助数据计算外定向参数的原理和方法;提出一种快速反投影变换算法,建立了 CE-1立体相机成像几何模型.通过对CE-1三线阵影像、激光高度计数据的配准买验,验证了本文的有效性本文立体相机成像几何模型...     

Detecting repetitive structures on building footprints for the purposes of 3D modeling and reconstruction

ABSTRACT

Repetitive structures of a building share features in terms of geometries and appearance and, therefore, the 3D information for these structures can be transferred from one specification to another for the purpose of 3D modeling and reconstruction once they are identified as repetitive structures. In this paper, a novel approach is proposed for the detection of the repetitive structures specified by the polygons of a building’s footprints. Instead of directly operating on the polygon in 2D space, the polygon is converted into a bend angle function representation in 1D space, whereby an extrusion is represented as a closed polygon intersected by the x-axis and located above it, while an intrusion is represented as a closed polygon below the x-axis. In this way, a polygon of a footprint is decomposed into a number of extrusions and intrusions which can in turn be processed. The task of detecting any repetitive structures specified in a building’s footprints then becomes the task of clustering the intersected polygons in the bend angle function space. The extrusions/intrusions which can be placed in the same clusters can be regarded as repetitive structures. Experiments show that this proposed approach can detect repetitive structures with different sizes, orientations and complexities.     

矢量化多边形优化方法

从地理空间数据不确定性理论出发,提出了矢量化多边形的优化方法。该方法通过对矢量多边形进行"磨角插值"和基于可接受域限定的自适应滤波平滑处理,以此来削弱由空间数据表示不确定性造成的误差,使矢量化多边形最大限度地逼近地理实体真实轮廓。采用基于全局阈值的DP算法进行压缩处理,消除了数据冗余。从压缩比、位置误差及处理效率3个方面进行对比实验,验证了所提方法的有效性。     

月球重力场的确定及构建我国自主月球重力场模型的方案研究

对绕月卫星的运动规律以动力学方程的形式进行了描述，并讨论了绕月卫星定轨中动力法和几何法的适用性以及通过定轨观测获取月球重力场模型的计算方式和优化算法’在归纳月球重力场确定的技术流程的基础上。针对月球背面绕月卫星摄动无法观测的困难，分析了目前所能采取的各种处理办法及其特征。结合我国即将发射的“嫦娥卫星”装备有激光测高计这一特点，提出将月球表面地形与月球重力场之间的强相关性作为约束来确定我国自主重力场模型的设想。     

VLBI在探月卫星定位中的应用分析

中国实施的"嫦娥"探月工程中,探月卫星的定轨测控系统由我国现有的S频段航天测控网(USB)和甚长基线干涉测量(VLBI)系统组成。系统中,VLBI技术主要为绕月卫星定轨提供卫星的角位置。本文分析了在探月项目中,VLBI单点定位的必要性。探讨了VLBI技术用于探月卫星单点定位的基本原理及其实现方法。通过算例对模拟数据进行处理,检验了方法的正确性。对结果进行分析,得出一些结论。     

天绘一号03星无控定位精度改进策略

“全球连续覆盖模式”传输型摄影测量卫星系动态摄影，无控定位模式下难以达到框幅式像片定位水平。本文在天绘一号已有研究基础上，深化03星摄影测量无控定位精度改进模式的探讨研究。在相机参数在轨标定中增加对相机内方位元素的附加改正，解决相机结构宽高比（卫星条带摄影覆盖宽度与卫星轨道高度的比值）太小对主距标定结果的影响，进而削弱系统误差，提高卫星影像的平面定位精度。通过境外地区检测，无控定位精度达到高程2.4 m（RMS），平面3.7 m（RMS）。检测结果表明，只依靠星上GNSS接收机、星敏感器，利用相机参数在境内标定结果，“全球连续覆盖模式”单航线卫星影像无控定位结果达到理论设计指标。     

天绘一号卫星覆盖性能分析与优化方法研究

天绘一号卫星为测绘卫星,测绘卫星标称轨道是卫星进行长期轨道维持的目标,对卫星的地面覆盖性能起到决定性的作用。为了分析和提高卫星对地面目标的覆盖性能,根据天绘一号卫星轨道设计和维持的特点,提出了基于条带—纬度覆盖图的分析和优化方法。推导了推扫式成像卫星覆盖经度跨度计算公式,构建了基于条带—纬度覆盖图的分析方法,通过将多颗卫星的条带—纬度覆盖图叠加得到不同区域的覆盖次数,根据每次重访时的卫星星下点条带号计算对地面目标的重访时间间隔。提出了通过调整当前条带号和降交点地方时减小对目标区域的重访间隔的优化方法。通过与网格点方法的计算结果比较,验证了该方法的有效性。