三轴稳定型静止轨道遥感卫星指向确定的地标匹配方法

静止轨道遥感卫星与地面处于相对静止状态,但因受到内外部环境的影响,会使得其对地指向发生几何偏差,从而在地面上产生较大的定位误差,因此需要进行有效的修正。本文围绕三轴稳定型静止轨道遥感卫星拍摄地球圆盘时的指向确定问题,提出了一套基于地标匹配的指向计算方法,其中重点解决了作为基准参考的地标数据生成方法、稳健的图像与地标匹配方法,以及基于误差剔除的指向偏差计算方法等。试验表明,该方法对于解决静止轨道遥感图像指向偏差具有较好的精度和稳定性。该技术已经在我国相关卫星数据的在线处理中得到应用。     

地球静止轨道卫星数目对BDS单点定位的影响

针对相同条件下地球静止轨道卫星星历引入的测距误差约为中地球轨道卫星2倍的问题,该文分析了北斗导航系统中地球静止轨道卫星数目对定位的影响。采用实测数据在观测时段内可见的倾斜地球同步轨道、中地球轨道卫星的基础上,逐次增加一颗高度角最大的地球静止轨道卫星参与定位;对比分析了不同数目地球静止轨道卫星参与定位时位置精度因子值的变化,以及在北、东、高方向分量误差及总误差的内外符合精度。数据分析表明,按高度角逐次增加1~4颗地球静止轨道卫星时,系统的位置精度因子值有不同程度的改善,定位精度与增加一颗高度角最大的地球静止轨道卫星时基本相当;对高度角最小的地球静止轨道卫星降权处理,定位精度比未降权时提高。     

高分四号静止轨道卫星高精度在轨几何定标

高分四号是世界上第一颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星,高精度的几何定标是确保其成像几何质量的关键。本文分析了静止轨道卫星成像几何误差源及成像区域特点,提出了其严格几何成像模型;并在此基础上提出了静止轨道卫星面阵传感器在轨几何定标模型与定标参数估计方案。本文利用Landsat 8数字正射影像与GDEM2数字高程模型对高分四号卫星进行在轨几何定标,结果表明,通过严格的几何定标,可见光近红外传感器与中红外传感器的内部畸变在沿轨与垂轨方向上均稳定优于1个像素,通过统计分析可知,高分四号静止轨道卫星影像的绝对定位精度会受到成像时间与成像角度的影响而存在显著的波动。     

SPOT 5 HRS立体影像无(稀少)控制绝对定位技术研究

研究了SPOT5卫星HRS立体影像的成像原理，构建了无需地面控制点的直接对地绝对定位模型。实验表明，无控制绝对定位结果存在不同程度的系统误差；利用任意位置的1个地面控制点消除系统误差后即可获得较好的平面和高程定位精度；利用1个地面控制点外推580km进行绝对定位时，平面定位精度仍优于20m，高程定位精度约10m，说明卫星轨道本身具有较好的稳定性，显示了本模型具有良好的应用前景。     

利用轨道参数修正的无控制点星载SAR图像几何校正方法

使用距离多普勒模型进行SAR图像几何校正时,卫星轨道误差、系统成像参数误差和DEM高程的误差会影响几何校正精度。本文提出了一种基于轨道参数修正的星载SAR图像几何校正方法。首先利用多项式对卫星轨道进行参数化,然后使用模拟SAR图像与真实SAR图像进行匹配得到控制点来修正轨道参数,最后利用修正后的参数进行几何精校正,从而提高几何校正精度。该方法无需地面控制点,适用于不易于人工测量获取地面控制点地区的SAR图像几何校正,与基于模拟SAR图像匹配并使用多项式改正的几何校正方法相比,本文方法具有更高的精度。使用Radarsat-2图像进行试验,并使用地面实测GPS控制点验证了本方法的有效性。     

临近空间伪卫星区域独立组网布局研究

当前临近空间技术是人们研究的热点,在临近空间建立伪卫星区域独立组网系统可以满足地面导航定位的需求。本文分析了卫星精度因子的计算方法,提出基于经验的伪卫星区域优化布局搜索算法,找到一种最优的临近空间伪卫星区域独立组网布局,利用MATLAB进行仿真。与其他几种相同高度的伪卫星布局做仿真比较,结果显示,本文提出的伪卫星布局的DOP值较小,并给出了一些重要的结论。     

利用GPS测量检核ICESAT卫星激光测高数据精度

将ICESAT测高数据与动态GPS数据进行了比较,对于沿卫星地面轨迹上的点,采用直线内插求定GPS点的高程,与GPS大地高的最小差异为0.76 m;对于偏离卫星地面轨迹的点,分别按与GPS点经、纬度差异小于5″、10″、20″的原则选取卫星地面轨迹上的点,比较了算术平均等3种方法内插GPS高程的效果,与大地高之差在2 m以内。选取ICESAT卫星激光测高地面轨迹与GPS动态轨迹交叉位置附近的点,分别用ICESAT测高数据与GPS数据进行内插,GPS点与ICESAT地面轨迹上的内插点的经度之差最小为0.000 03°,高程之差最小为0.381 m。在卫星地面轨迹附近选取点位进行静态GPS测量,比较了ICESAT与GPS观测结果之间的差异,分析了不同内插方法对结果的影响,在高山地区,最小高程差为0.103 m,最大差为27.475 m。     

基于有理多项式模型的GF4卫星区域影像平差处理方法及精度验证

分析了我国首颗静止轨道光学遥感卫星高分四号(GF4)特有的区域成像模式的几何特性,基于静止轨道成像基高比较小的几何特性提出一种利用平均高程面的区域网平差方法。该方法针对GF4卫星影像构建了基于有理多项式模型RFM的区域网平差模型,并在无控制条件下,对GF4卫星区域影像进行区域网平差处理,解决了GF4号区域影像由于定轨误差、定姿误差、大气折光以及镜头畸变等因素导致的拼接精度较低的问题。最后,通过两组真实数据试验对本文方法的精度及有效性进行了验证,同时分析了采用不同的误差补偿模型对于平差结果精度的影响。     

基于统计数据选取种子点的LiDAR点云迭代滤波算法

经典的渐进三角网滤波算法在LiDAR点云数据处理中应用十分广泛,但其滤波精度很大程度上取决于种子点选取的正确率。本文针对这一问题,在渐进三角网加密算法基础上提出了一种基于小格网高程、均方差和点密度统计数据选取种子点的迭代滤波算法。实验结果表明,本文的迭代滤波算法可有效避免低点等非地面点对种子点选取的干扰,且滤波结果生成的DEM精度较高,具有一定的实用性。     

一种基于重复轨道高程数据的坡度估计算法

根据ICESat/GLAS重复轨道高程数据,提出了地形坡度计算模型和算法。算法的关键步骤是在多个重复轨道中选出参考重复轨道(RT)和比较重复轨道(CT),并找到参考重复轨道上的参考起始脚点(RSF)和比较重复轨道上的比较起始脚点(CSF)。利用ICESat卫星在2003~2009年经过北京地区的地面轨道420时获得的数据进行实验,计算得到不同重复轨道的坡度估计值的差值,以及坡度差值的均方根和标准方差。结果显示,不同轨道间得出的坡度差值的均方根和标准方差会随着该轨道与参考轨道之间距离变化率的增大而增大。将坡度计算结果绘制在北京地图上,并且与图像地图进行对比,可以看出二者结果的一致性。将计算结果和基于SRTM高程数据的坡度进行了对比,验证了本文结果的可靠性。     

SBAS星历改正数及UDRE参数生成算法分析

星基增强系统(satellite based augmentation system,SBAS)通过地球同步轨道卫星实时播发导航卫星星历改正数和完好性参数,以提升用户定位精度和完好性。采用最小方差法解算GPS星历改正数,利用卡方统计进行改正数完好性检核,并依据星历改正数方差-协方差信息计算SBAS用户差分距离误差(user differential range error,UDRE)和信息类型28(message type 28, MT28)等完好性参数。利用中国区域27个监测站的实测数据,首先以国际GNSS服务组织的精密轨道和钟差产品为参考解算星历改正数,结果表明,钟差改正精度优于0.1 m,轨道改正精度优于0.4 m;然后解算广播星历改正数,并生成UDRE和MT28参数,广播星历残余误差卡方检验值均小于告警门限,保证了改正数的完好性;最后利用生成的改正数进行SBAS定位解算,得到定位结果的水平精度优于0.7 m,垂直精度优于1.0 m,对比GPS单点定位,所提算法的水平和垂直方向精度分别提升了30%和40%。     

自适应动态演化粒子群算法在Web主题信息搜索中的应用

针对传统的基于单一价值评价的网络爬虫搜索策略存在的不足,提出了一种基于自适应动态演化粒子群(adaptive dynamical evolutional particle swarm optimization,ADEPSO)的启发式网络爬虫搜索算法。本算法综合立即价值和未来价值两种链接评价方法,并依据链接价值所反映的Web实际搜索情况动态调整两种价值的关系,使网络爬虫能更准确地预测页面的重要性。实验表明,该算法具有较高的搜索效率。     

DSM辅助下城区大比例尺正射影像镶嵌线智能检测

传统算法以重叠区域色彩(或灰度)差值图像为正射影像镶嵌线检测基础,可以很好地避开色差区域,但对建筑物高密集的城区效果不明显。本文以高精度数字表面模型为检测基础,通过智能识别处理手段对地面区域与非地面区域进行良好区分。传统镶嵌线检测算法都是以迭代运算为基础的智能算法,算法复杂度高。本文发展出一种贪婪蛇型算法,该算法仅与搜索步距、方向旋转间隔、以及重叠区域宽度等三个因素相关,具有速度快,效率高等优点。针对典型的城市区域进行镶嵌线检测实验,结果表明DSM辅助下的城区正射影像镶嵌线能很好地避开房屋等明显地表实体,并且贪婪蛇型算法能有效地进行最优路径检测。     

一种改进Hausdorff距离和自适应遗传搜索的遥感目标匹配方法

采用快速点提取算子SIFT算子提取特征点,减少图像数据量,针对传统Hausdorff距离对噪声、出格点较敏感的问题对其进行改进,并以改进后的鲁棒Hausdorff距离作为匹配测度,利用非遍历而又有效的遗传搜索策略进一步提高了匹配速度。对发生旋转变形和灰度变化的遥感影像进行模拟实验,实验结果证明了该算法的有效性和快速性。     

面向星载CMOS相机的超时相工作方式研究

随着星载面阵CMOS探测器的广泛使用,使得获取超时相数据成为可能,这为新型对地遥感工作模式带来新的发展机遇。本文不再局限于采用单一技术解决单一技术指标的传统解决问题的方式,系统性地提出一种面向星载面阵CMOS相机的新型成像方式,利用面阵CMOS相机连续快速曝光在极短的时间内获取同一观测区域的超时相序列数据,通过图像重建的方式,实现一揽子的图像质量提升,即同时实现虚拟数字时间延迟积分TDI（Time Delay Integration）、调制传输函数MTF（Modulation Transfer Function）补偿和空间分辨率GSD（Ground Sampling Distance）提升。这种新型成像方式的优点是,可以改善星载光学相机是探测器受限系统的窘境,进而在不改变光学系统的情况下,通过求解一个病态方程,实现对地遥感图像空间分辨率与成像质量的综合提升。基于实验室的靶标仿真实验数据、基于低轨光学遥感卫星OVS-1A、吉林一号视频03卫星和高分四号卫星的真实数据实验结果表明,无论是信噪比,图像清晰度还是空间分辨率都有明显提升。这种新型成像方式已被中国后续某地球同步轨道光学成像卫星所采用,可以预见的是,这种成像方式不仅可以使得在轨卫星发布更高分辨率与更好图像质量的产品,盘活在轨卫星的探测资源;在实现同样空间分辨率与图像质量的前提下,可以有效降低光学相机载荷的体积与重量,进而可以有效降低未来光学卫星的研制成本。     

风云静止卫星地表温度产品空值数据稳健修复

静止卫星地表温度数据是研究昼夜气候和环境变化的重要参数。但现有发布的静止卫星地表温度数据由于受到云等大气因素的影响,往往出现数值缺失现象。针对该问题,提出基于昼夜变化模型的风云静止卫星地表温度空值数据的稳健修复方法。由多项式、傅里叶函数和高斯函数构建新的昼夜变化模型,并利用LevenbergMarquardt算法进行模型参数的求解与优化,进而实现空值修复。以风云2号F星数据(FY-2F)为例,模拟不同类型的像元缺失情况进行修复,并将不同模型修复结果与真实温度值比较,同时也对真实数据进行了测试。结果表明:本文提出的修复方法能有效对温度空值数据修复,且优于传统方法。     

基于地球静止气象卫星的地表参数遥感研究进展

地表参数定量遥感反演是遥感科学研究的重要环节。21世纪以来,地球静止气象卫星数据在地表参数遥感反演中受到越来越多的重视。本文对利用地球静止气象卫星进行地表参数遥感反演研究的进展进行了综述。文章首先简单介绍了当前正在运行的欧盟Meteosat、美国GOES-R、日本葵花和中国风云静止卫星系统,随后详细总结了不同卫星系统估算各种地表参数的方法。在此基础上,文章对进一步利用静止卫星估算地表参数的研究展开讨论,指出未来的研究应重点关注几个方面:(1)探索和运用新技术提高静止卫星数据获取和处理的效率和精度;(2)融合全球多颗静止气象卫星,同时与极轨卫星融合,生产覆盖全球的长时序地表参数产品;(3)探索地表参数的高效获取方法,对静止气象卫星地表参数产品开展真实性检验,满足地表过程研究和资源环境动态监测对高质量地表参数产品的需求。     

GEO卫星Hill方程的分析型解法

提出并实现了一种求解静地轨道GEO(geostationary orbit)卫星Hill方程摄动解的分析型方法。根据地固坐标系下GEO卫星运动的特点,在其定点处把摄动力进行泰勒展开,通过选择特定的参考轨道获得了GEO卫星的地球扁率摄动解。在此基础上,成功地将拉普拉斯变换运用于GEO卫星的Hill方程,得到了一组可用于求解摄动分析解的递推积分公式。通过逐次趋近的方法,利用这组积分公式可以有效地实现由低阶解推求高阶解。     

CBERS-02B卫星遥感影像的区域网平差

针对中巴资源一号卫星(CBERS-02B)卫星遥感影像姿态角误差较大的特点,提出了利用区域网平差方法提高其对地目标定位精度的策略和具体计算过程。首先对参与平差的每景影像选取4个地面控制点进行影像姿态角常差检校,然后采用与地形无关方案解求各自的RPC参数,最后选取带仿射变换项的有理函数模型(RFM)进行多重覆盖影像的区域网平差。对两个地区的0级CBERS-02B单条CCD立体影像对的区域网平差试验表明,对地目标定位的平面和高程精度均达到了±3个像元的水平,且高程精度明显优于平面精度。相对于常规的卫星遥感影像区域网平差方法,平面和高程精度均有明显提升,几乎达到国外同等高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度。这说明中国卫星遥感影像亦具有较好的几何定位潜力,在区域网平差之前进行系统误差预改正是必要和可行的。