激光站在星载雷达高度计绝对定标中的应用

推导了一般情况下激光站为星载雷达高度计进行绝对定标的数学模型,并进行了仿真验证和误差分析,对高度计定标精度进行了定量评估。利用Corsica定标场区中Grasse激光站对Jason-2卫星定轨的实测数据进行了分析,取得了满意的结果。     

海洋测高卫星高度计定标理论与方法研究

正本文针对海洋测高卫星高度计的自主定标需求,兼顾新型双星串飞编队测高模式下高度计相对定标的研究需要,对卫星高度计定标理论与方法进行了研究。主要内容概括如下:(1)梳理了卫星高度计绝对定标的意义与研究现状,给出了常用绝对定标方法的实现原理,分析了各种方法的优缺点。(2)系统研究了海水温度、盐度对GPS浮标测量海     

卫星高度计定标现状

定标是卫星高度计数据精度的重要保障,随着高度计卫星HY-2A的发射及后续卫星组网规划,中国将获取长时间序列的自主高度计观测资料,定标对数据精度和长期一致性的重要性日益凸显。总结了卫星高度计定标常用技术方法的国内外研究进展和现状,阐述了中国自主海上定标场的建设和应用情况,重点对青岛千里岩定标场的大地基准测量、地壳沉降监测及HY-2A等多颗卫星高度计的定标结果进行总结分析,并对规划建设中的珠海万山海上综合定标场和中国沿海定标场网做了介绍。此外利用GNSS水汽反演技术对星载微波辐射计观测的大气湿延迟开展了精度检核实验,得到了Jason-2卫星2010年—2016年微波辐射计大气湿延迟观测精度,证明了利用中国沿海GNSS连续运行站标定星载微波辐射计大气湿延迟的可行性,对于充分了解和认识卫星高度计定标的研究现状和发展趋势有一定的借鉴和指导意义。     

验潮站和深海压力仪用于卫星高度计性能评估的可行性分析

在传统卫星高度计定标途径之外,探索了远海孤岛验潮站和深海压力仪分别用于卫星高度计性能评估的可行性。采用Harvest石油平台验潮站、1890000号验潮站和21419号深海压力仪,计算了Jason-3测量海面高偏差以及Jason-2、Jason-3海面高之间的相对偏差。由3种设备得到的Jason-3海面高偏差序列的标准差分别为3.98、2.87、8.61 cm,Jason-2、Jason-3海面高之间的相对偏差(Jason-3—Jason-2)分别为-3.62±2.17、-2.58±1.97、-2.60±1.30 cm,与国外定标站计算结果相比较,结果表明:Jason-3海面高相比于Jason-2海面高低约3.0 cm;选用的深海压力仪适合用于Jason-2、Jason-3之间海面高相对偏差的计算,但不适用于单颗卫星的定标或性能评估;远海孤岛验潮站适用于两者。     

MODIS辐照度法定标试验研究

利用内蒙古二连浩特实验场对Terra卫星MODIS传感器开展辐照度基定标方法研究。定标结果表明,辐照度法定标系数和MODIS的星上定标、反射率基法定标系数非常接近,相对差异3.3%,证明辐照度基定标方法正确。定标系数之间的差异说明,漫射辐射与总辐射辐照度比测量的精度对辐照度法结果影响很关键。不同气溶胶模式下得到的结果说明辐照度法可以减小因气溶胶模式的假设产生的误差。     

“天绘一号”卫星在轨辐射定标方法

在轨辐射定标包括相对辐射定标和绝对辐射定标, 它是提高遥感数据定量化精度的关键步骤和重要方法。本文阐述了基于均匀场地分区综合的相对辐射定标方法、基于反照率的绝对辐射定标方法及其基本原理, 并首次将其应用于“天绘一号”卫星上的高分辨、多光谱和三线阵相机的辐射定标中。研究结果表明, 相对辐射定标过程去除了卫星图像的条带噪声, 且保存了图像细节;然后, 使用反照率基法, 通过在敦煌场地铺设灰阶靶标, 测量卫星过顶时的地物目标反射率光谱和大气信息, 对“天绘一号”卫星传感器进行了绝对辐射定标;最后, 使用辐射定标结果来反演地物反射率, 与实测的地物反射率相比误差小于5%, 验证了在轨辐射定标系数的有效性。     

高分五号可见短波红外高光谱相机在轨辐射性能评估

对遥感器及其图像的在轨辐射性能(信噪比、相对辐射定标精度、绝对辐射定标精度和动态范围)评估是检验遥感器定量应用能力的重要任务之一。本文结合高分五号卫星可见短波红外高光谱相机AHSI (the Advanced Hyperspectral Imager)在轨性能评估任务,依据卫星发射以来的在轨测试数据,介绍了AHSI相机在轨辐射性能评估的原理、方法及相应测试情况。测试结果表明:AHSI信噪比可见近红外最高达到近700,短波红外最高达到近500;相对辐射定标精度误差小于0.5%,星上绝对辐射定标不确定度小于3%,场地绝对辐射定标真实性检验精度误差小于5%;动态范围在轨可见短波均可以256档增益精细调整。AHSI在轨辐射性能良好且稳定,能够有效支持后续定量化应用需求。     

GNSS浮标海面高测量中海浪的影响分析

以骑浪式浮标为对象,研究了海浪对于GNSS浮标测量海面高的影响。以单向规则波的形态简化模拟了海浪以及GNSS浮标随海浪的运动过程。在某固定海况条件下,比较了浮标天线参考点高不同时海面高测量误差;在浮标天线参考点高固定的条件下,比较了不同海况时海面高测量误差;给出了GNSS浮标在卫星高度计定标应用中的建议。结果表明:浮标测量海面高误差与天线参考点高成正比,海浪周期越长、波高越小时,测量误差越小;天线参考点高为5 cm,海浪振幅为1 m、周期为7 s、传播速度为5 m/s时,测量海面高平均比实际海面高低0.4 mm;相同浮标在小于3~4级的海况条件下,由海浪引起的海面高测量偏差约在1 mm以内,对于卫星高度计定标工作而言,该误差影响可以忽略。     

TM传感器辐射定标参数精度分析

以2007年4月26日北京地区TM图像为例,对美国地质调查局(USGS)和中国遥感卫星地面站(RSGS)提供的传感器辐射定标参数进行精度评价。首先,根据不同来源的辐射定标参数,采用对应的定标系数计算公式得到相应的定标系数,采用不同的定标系数分别对DN值进行反演,得到不同辐射定标参数下的表观辐亮度数据;然后,将两种表观辐亮度反演结果输入FLAASH大气校正模型,反演图像获取时的气象视距和地表反射率;最后,通过同步气溶胶观测数据和高分辨率遥感影像对所反演的气象视距和地表反射率分类精度进行评价,得到传感器定标参数精度评价结果。研究表明:USGS提供的辐射定标参数能更为精确地反映TM传感器的辐射特征。     

资源一号02C卫星全色相机在轨几何定标方法

为提高资源一号02C卫星全色影像几何精度,首先从其严格几何成像模型出发,对成像过程中的几何误差来源及其特性进行分析,在此基础上构建资源一号02C卫星全色相机的在轨几何定标模型;然后,将待定标参数分为内外定标参数,采用分步迭代策略进行解算;最后,基于本文的定标模型及解算方法,利用嵩山定标场提供的高精度参考数据对其进行了在轨几何定标实验。实验结果表明,本文的定标模型及解算方法合理有效,能显著提高资源一号02C卫星全色影像的无控定位精度和有控定位精度;同时,内定标精度优于0.3个像元。     

基于IGS站组网的移动激光雷达测量系统整体检校

针对车载移动测量系统中激光扫描仪和载体坐标系之间存在的位置和姿态偏差，在结合常规特征点、特征面检校方法基础上，本文提出了一种带有误差改正数的位置和姿态检校方法。利用TLS获取的车载系统整体点云模型和传感器固有几何属性，获取传感器之间相对关系初值，在此基础上引入误差改正数，构建误差改正模型。在与IGS站联测的检校场中借助平面、球形标靶和平面反射标志等特征，采用最小二乘法迭代法计算误差改正数最优解，从而实现传感器快速检校。试验结果表明，该方法切实可行，检校后点云平面绝对精度和高程绝对精度分别为0.043、0.072 m，相对精度为0.018 m，满足移动测量系统数据获取的精度要求，对促进车载移动测量技术发展和应用具有重要意义。     

Formulas for precisely and efficiently estimating the bias and variance of the length measurements

Error analysis in length measurements is an important problem in geographic information system and cartographic operations. The distance between two random points—i.e., the length of a random line segment—may be viewed as a nonlinear mapping of the coordinates of the two points. In real-world applications, an unbiased length statistic may be expected in high-precision contexts, but the variance of the unbiased statistic is of concern in assessing the quality. This paper suggesting the use of a k-order bias correction formula and a nonlinear error propagation approach to the distance equation provides a useful way to describe the length of a line. The study shows that the bias is determined by the relative precision of the random line segment, and that the use of the higher-order bias correction is only needed for short-distance applications.     

自主海洋测高卫星串飞模式的设计与重力场反演精度分析

根据自主海洋测高卫星发展需求,设计了双星串飞运行模式,该运行模式下2.3 a时间可满足全球海洋区域1'×1'分辨率的地面轨迹覆盖要求。首先,将测高卫星重力场反演分为不考虑轨道运行特点（思路1）和考虑串飞轨道运行特点（思路2）两种思路,利用逆Vening-Meinesz方法开展了正态分布下随机误差传播的仿真计算,获得了两种思路下对应的误差指标。以该误差指标为基础,分别计算了双星串飞模式下两种重力场反演思路对应的精度指标。其中,反演思路2充分利用了串飞模式双星东西方向地面观测值可以进行相对定轨的特点,并考虑到近距离条件下传播误差、地球物理改正误差的系统误差特性,因此反演思路2的垂线偏差精度较反演思路1有了一定的提高,其重力场反演也具有一定的优势。理论计算结果表明,利用思路1的反演方法,2.3 a时间可获得1'×1'重力异常精度为6~10 mGal,4.6 a时间可达到4.2~7.1 mGal;利用思路2的反演方法,2.3 a时间可获得1'×1'重力异常精度为3.9 mGal,4.6 a时间可达到2.8 mGal。     

资源三号02星对地激光测高系统几何检校及验证

星载激光测高仪安装误差、激光指向和激光测距误差等导致最终激光测高精度不高,对激光器进行在轨几何检校可以有效提升激光测高精度。针对资源三号02星（ZY3-02）激光测高仪的工作模式,以裸露地表的航天飞机雷达地形测绘任务（shuttle radar topography mission,SRTM）数字高程模型（digital elevation model,DEM）数据约束同轨激光测距值,通过逼近地形起伏趋势线实现了卫星激光器出射方向的初始检校,实验证明不同轨激光指向的相对检校精度在20 m以内。利用地面铺设激光靶标的方法对星载激光测高系统进行几何精检校,并通过外业测量验证了ZY3-02激光器在平坦区域的测高精度优于0.5 m。     

用小波分析反演星载SAR图像海面风向

为更好地利用合成孔径雷达SAR图像本身的风条纹信息来反演高精度的海面风向,采用不同模式、不同极化方式的星载ASAR图像,基于抽样小波变换结合快速傅里叶变换的方法反演海面风向,同时将该方法反演的结果与传统的傅里叶变换法和改进的局部梯度法反演的结果进行了对比。结果表明,抽样小波变换应用于海面风向的反演是可行的,反演的风向精度优于传统的傅里叶变换法和改进的局部梯度法。ASAR不同模式、不同极化方式的数据反演结果存在着一定的差异。     

高分七号卫星激光测高仪无场几何定标法

无场几何定标是未来多波束激光测高卫星面临的一个关键问题。本文针对高分七号（GF-7）线性体制全波形激光测高仪,提出了一种基于地形和波形匹配的无场分步定标方法。在深入分析高分七号卫星激光测高仪特点的基础上,构建了严密几何定位模型,采用公开版的地形参考数据和某地区1∶2000高精度的DOM和LiDAR-DSM基础地理信息成果,开展了在轨无场几何定标试验,显著提高了高分七号卫星激光测高数据精度。在2020年上半年受新冠肺炎影响未进行外场定标期间,有效解决了激光测高数据处理无定标参数的实际困难。本文对无场定标结果与高分七号实际外场定标结果进行对比验证,结果表明,无场定标结果与实际落点位置的平面误差为11.597±3.693 m,最小值为7.115 m,平坦地区高程精度优于0.3 m,虽然略低于外场定标结果,但能满足1∶10 000高程控制点测量需求。     

Spectral accuracy of Jgm3 from satellite crossover altimetry

A detailed accuracy assessment of the geopotential model Jgm3 is made based on independent single- and dual-satellite sea-height differences at crossovers from altimetry with Jgm3-based orbits. These differences, averaged over long time spans and in latitude bands, are converted to spectra (latitude-lumped coefficients) by least-squares estimation. The observed error spectra so obtained are then compared directly to error projections for them from the Jgm3 variance–covariance matrix. It is found from these comparisons that Jgm3 is generally well calibrated with respect to the crossover altimetry of and between Geosat, TOPEX/Poseidon (T/P), and Ers 1. Some significant discrepancies at a few lower orders (namely m=1 and 3) indicate a need for further improvement of Jgm3. A companion calibration (by order) of the geopotential model Jgm2 shows its variance–covariance matrix also to be generally well calibrated for the same single- and dual-satellite altimeter data sets (but based on Jgm2 orbits), except that the error projections for Geosat are too pessimistic. The analysis of the dual-satellite crossovers reveals possible relative coordinate system offsets (particularly for Geosat with respect to T/P) which have been discussed previously. The long-term detailed seasonally averaged Geosat sea level with respect to T/P (covering 1985–1996) should be useful in gauging the relative change in sea level between different parts of the ocean over the single 4-year gap between these missions (1988–1992). Received: 16 February 1998 / Accepted: 25 November 1998     

Bias-corrected rational polynomial coefficients for high accuracy geo-positioning of QuickBird stereo imagery

The rational function model (RFM) is widely used as an alternative to physical sensor models for 3D ground point determination with high-resolution satellite imagery (HRSI). However, owing to the sensor orientation bias inherent in the vendor-provided rational polynomial coefficients (RPCs), the geo-positioning accuracy obtained from these RPCs is limited. In this paper, the performances of two schemes for orientation bias correction (i.e., RPCs modification and RPCs regeneration) is presented based on one separate-orbit QuickBird stereo image pair in Shanghai, and four cases for bias correction, including shift bias correction, shift and drift bias correction, affine model bias correction and second-order polynomial bias correction, are examined. A 2-step least squares adjustment method is adopted for correction parameter estimation with a comparison with the RPC bundle adjustment method. The experiment results demonstrate that in general the accuracy of the 2-step least squares adjustment method is almost identical to that of the RPC bundle adjustment method. With the shift bias correction method and minimal 1 ground control point (GCP), the modified RPCs improve the accuracy from the original 23 m to 3 m in planimetry and 17 m to 4 m in height. With the shift and drift bias correction method, the regenerated RPCs achieve a further improved positioning accuracy of 0.6 m in planimetry and 1 m in height with minimal 2 well-distributed GCPs. The affine model bias correction yields a geo-positioning accuracy of better than 0.5 m in planimetry and 1 m in height with 3 well-positioned GCPs. Further tests with the second-order polynomial bias correction model indicate the existence of potential high-order error signals in the vendor-provided RPCs, and on condition that an adequate redundancy in GCP number is available, an accuracy of 0.4 m in planimetry and 0.8 m in height is attainable.     

改正通道延迟的GLONASS/BDS组合伪距定位

由于俄罗斯的GLONASS卫星间频率存在差异,测站硬件延迟误差无法被接收机钟差参数吸收,提出为每颗卫星估计一个通道延迟改正参数的方法,以提升GLONASS/BDS组合伪距定位精度.?实验表明:加入通道延迟改正能有效降低GLONASS定位误差,改正后东(E)、北(N)、天顶(U)方向误差的均方根(RMS)值分别减小了0....