长条带卫星线阵影像区域网平差研究

首先比较基于轨道参数和基于卫星状态矢量的航天影像定位轨道模型,提出一种针对非精密星历数据的轨道拟合与状态矢量插值方法,并在飞行坐标系中建立适合长条带卫星影像定位的轨道修正模型。其次,分析地球自转对卫星线阵影像严密定位建模的影响,通过对姿态航偏角的适应性处理,直接在地固地心直角坐标系中建立了基于卫星状态矢量的航天线阵影像构像方程和区域网联合平差模型。论文以中国西部测图工程的塔里木盆地4对(8景)SPOT5/HRS长条带立体影像为数据源,针对不同控制点数目与分布,进行了不同方案的组合定位试验。结果表明:稀少控制点条件下检查点统计精度达到了8.09m。     

GF-4卫星影像几何定位仿真分析

针对GF-4卫星静止轨道、高时间分辨率、面阵成像的特点,本文通过构建严格成像模型,实现了GF-4卫星影像几何定位仿真模拟。在对初始仿真定位结果进行分析后,建立了几何外检校模型,利用在轨真实成像影像和SRTM DEM对严格成像模型进行外检校处理,同时探讨了仿真控制点分布对相机姿态角常差检校的影响。试验结果表明,经过外检校处理后,构建的仿真模型能够有效模拟GF-4卫星在轨真实影像几何定位误差。     

GF-4卫星影像几何定位仿真分析

针对GF-4卫星静止轨道、高时间分辨率、面阵成像的特点,本文通过构建严格成像模型,实现了GF-4卫星影像几何定位仿真模拟。在对初始仿真定位结果进行分析后,建立了几何外检校模型,利用在轨真实成像影像和SRTM DEM对严格成像模型进行外检校处理,同时探讨了仿真控制点分布对相机姿态角常差检校的影响。试验结果表明,经过外检校处理后,构建的仿真模型能够有效模拟GF-4卫星在轨真实影像几何定位误差。     

高分辨率遥感影像几何纠正方法

在对某些地区的高分辨率卫星影像进行几何校正时,由于地形等因素影响难以寻找控制点,从而导致控制点较少且分布不均匀,影响了校正精度。针对这些问题,对线阵推扫式的高分辨率遥感影像的特点进行了分析,提出了利用直线这种更高级的几何特征对影像进行几何校正的方法;构建空间直线矢量,提出了基于空间直线矢量的多项式几何校正模型;并利用SPOT5高分辨率卫星影像数据对该校正模型进行精度验证。     

利用视线向量修正进行SPOT-5影像高精度立体定位

介绍了SPOT-5卫星影像的严格几何处理模型及视线向量修正的原理,推导了基于视线向量修正的多像光束法平差模型。对SPOT-5影像进行实验,验证了影像系统误差的存在。将视线向量修正法的定位精度与轨道姿态误差直接修正法的定位结果进行对比,结果表明,视线向量修正法仅采用5个控制点就可以获得轨道姿态误差直接修正法采用10个控制点的定位精度。     

DEM辅助的卫星影像无地面控制点立体定位

本文提出了一种利用DEM数据辅助卫星影像无地面控制点定位的方法,实验表明该方法能有效提高卫星影像无控制点定位的精度。在RPC误差补偿模型的选择上,针对无控定位得到的几何模型与实际地面之间不满足空间相似关系的情况,提出了平面、高程独立补偿模型。     

月球遥感影像高精度定位研究

高精度影像立体定位是月球地形测绘的基础。对嫦娥1号光学传感器方位元素误差和方位元素相关性对影像定位影响进行了仿真,并建立了适合稀少、低精度控制点条件下月球光学影像区域网平差模型。该模型通过在月心直角坐标系(SOCS)进行影像空中三角测量来消除月球曲率引起的误差和测图范围限制,通过轨道形状的拟合与插值来减小摄影时刻轨道位置的偶然误差,在飞行坐标系中建立轨道修正模型来减少定向参数的数目,对轨道和姿态增加约束条件来提高月面控制点数目稀少及精度低条件下外方位解算的精度与可靠性。文中以克莱门汀10条轨道60景约195000km2月球南极区面阵影像和ULCN2005控制网为数据源,进行了不同方案的平差试验。通过对仿真和试验结果分析,得出月球遥感影像定位部分有益的结论。     

二线阵CCD卫星影像联合激光测距数据光束法平差技术

利用卫星影像进行无地面控制点条件下测制1∶1万比例尺地形图时,在现有技术水平状态下,高程精度难以满足。本文基于二线阵卫星影像成像特点,提出将二线阵影像联合激光测距数据进行光束法平差的理论,建立联合光束法平差的数学模型,并进行模拟试验。试验结果表明利用激光测距数据参与二线阵影像光束法平差,能有效改善航线模型系统变形,并保持较小的上下视差,可满足卫星影像无地面控制点条件下高精度定位要求。     

缺少控制点的卫星遥感影像外推定位

简要介绍了遥感卫星轨道参数外推、传感器姿态和扫描侧视角精化的算法,分析了对国内某地区同一轨道上连续17景资源二号卫星影像进行外推对地目标定位的试验结果。在无地面控制点情况下,根据外推出的遥感卫星系统参数对单景影像实施几何纠正,当外推16景影像(深度达480km)时,对地目标定位精度不低于实地上的100m,明显好于利用卫星星历数据直接进行影像几何纠正的568m精度,从而验证了所建立外推模型的正确性和实用性。     

控制点分布对航摄仪区域网平差精度的影响

针对推扫式航摄仪在测图中应用越来越广,大比例尺测图需要利用地面控制点辅助建立精确的空三模型,但目前对推扫式影像的地面控制点布设方案的研究较少的问题,该文针对ADS80航摄仪的影像数据,设计了7类控制点布设方案,并利用九参数平差模型对各布设方案进行了平差解算,获得了各布设方案下的区域网平差精度。在此基础上分析了不同控制点布设方案对平差精度的影响,探讨了针对推扫式航摄仪地面控制点的最优化布设方案,并针对外业控制点的布设提出了一些建议,以供参考。     

多变量稳健总体最小二乘平差方法

分析指出了在总体最小二乘解下,含有多列独立变量的(以下简称为多变量)变量含误差(errors-invariables,EIV)模型,其各列变量的改正数受对应的参数估值与观测向量先验精度的联合影响,参数估值与观测向量先验精度的乘积越大,则该列变量的改正数越大。因此,现有稳健总体最小二乘方法采用同一个单位权中误差对多变量EIV模型进行降权处理时,会优先对模型中的某一列变量进行降权处理,从而造成平差结果不合理甚至错误,称之为虚假稳健估计现象。鉴于此,提出了多变量稳健总体最小二乘平差方法,并导出了相应的参数估计与精度评定公式。该方法对含有粗差的多变量EIV模型的各列独立变量分别进行降权处理,从而避免虚假稳健估计现象的发生。仿真算例结果表明,当观测值含有粗差时,该方法能够有效避免虚假稳健估计现象的发生,并能够定位出粗差所对应的误差方程;相较于总体最小二乘和稳健最小二乘方法,该方法的参数估计结果更接近真值。     

病态加权总体最小二乘的广义岭估计解法

针对加权情形下的变量误差(EIV)模型,采用广义岭估计法处理总体最小二乘平差的病态性问题. 结合最优化准则和协方差传播率推导了未知参数的改正数求解公式;根据参数估计值的均方误差最小化原理,通过求偏导数列出广义岭估计中岭参数的迭代解式,并讨论了广义岭参数的含义和作用,给出了确定岭参数的L-曲线法. 通过算例比较分析了加权最小二乘估计、总体最小二乘估计、加权最小二乘岭估计、总体最小二乘岭估计、加权最小二乘的广义岭估计和总体最小二乘广义岭估计,叙述了加权总体最小二乘的广义岭估计的优缺点.      

基于分枝定界算法的整数最小二乘估计

在整数解的搜索过程中,对传统的分枝定界算法进行了改进,给出了如何沿最快下降的方向寻找下一分枝的算法,从而减少了分枝定界算法的分枝数,得到了一个可以用于解算混合整数平差模型的最小二乘估计方法。数值试验结果表明,所给算法大大改进了传统的分枝定界算法,并有广泛的适用性。     

连续观测系统的平差模型与有色噪声补偿

现代测量技术多依赖于各种连续对地观测系统。有色噪声在影响参数估计的同时,还蕴含了地球科学研究所需的大量有用信息。本文讨论了连续平差模型及最小二乘解,将有限维空间中的测量平差问题推广至无穷维空间,从信号分析角度讨论了观测有色噪声的消除方法。研究表明,连续观测方程的最小二乘解可由经典最小二乘解的极限导出;有色噪声对解的影响是系统性的,然而通过合理的观测方案设计可以实现参数的无偏估计     

Adjustment Model and Colored Noise Reduction of Continuous Observation System

The affection caused by the colored noises should be taken into account to the adjustment model. As useful signals, these colored noises should be accurately identified and extracted by Fourier analysis. A continuous adjustment model is introduced with respect to the colored noises, and then it can be generalized from the finite space to the infinite space so called as Hilbert space. This extension is to provide a new technique to perform the continuous observational system design, Fourier analysis as well as the parameter estimation. It shows that the Gramer’s determinant provides maximization criteria in the system optimization design as well as a rule in diagnosing the adjustment model. Related with the definition of the integral, the least squares solution of the continuous adjustment model becomes the limit of the traditional least squares solution in finite space. Moreover, the influence caused by the colored noises is systematic, but it can be eliminated or compensated by optimally designing the observational system.     

实参数与复参数混合域最小二乘平差方法

针对平差问题同时含有实数域参数和复数域参数的情形,提出了实参与复参混合的测量平差建模思路,并导出了相应的混合域最小二乘平差方法。该方法统一概括了实最小二乘和复最小二乘方法,其估计过程包括两步:基于零空间算子的实参数平差估计和复数平差模型的复参数估计。通过等价变换将实数域投影变换模型、直接线性变换模型分别重构为相应的混合域平差模型,有效降低法方程求逆维数,从而提高建模和平差计算效率。应用结果及分析验证了本文所提方法的正确性和有效性。     

GPS坐标时间序列噪声估计及相关性分析

比较分析了极大似然估计法、最小二乘方差分量估计法以及最小范数二次无偏估计法对GPS站坐标时间序列噪声的估计效果,确定最小范数二次无偏估计法为最优的噪声方差估计方法。在此基础上对中国及其周边区域20个IGS站坐标时间序列中各方向噪声方差进行一元线性回归分析。结果表明,中国及其周边区域IGS站不同方向的噪声间具有中等强度以上的相关性,其中N方向闪烁噪声与其他方向闪烁噪声的相关性要强于白噪声。水平方向的噪声振幅能够解释垂直方向噪声振幅变化的40%~60%,而N方向噪声振幅能够解释E方向噪声振幅变化的60%~80%,获得的线性回归方程具有使用价值。     

On the probability density function of the GNSS ambiguity residuals

Integer GNSS ambiguity resolution involves estimation and validation of the unknown integer carrier phase ambiguities. A problem then is that the classical theory of linear estimation does not apply to the integer GPS model, and hence rigorous validation is not possible when use is made of the classical results. As with the classical theory, a first step for being able to validate the integer GPS model is to make use of the residuals and their probabilistic properties. The residuals quantify the inconsistency between data and model, while their probabilistic properties can be used to measure the significance of the inconsistency. Existing validation methods are often based on incorrect assumptions with respect to the probabilistic properties of the parameters involved. In this contribution we will present and evaluate the joint probability density function (PDF) of the multivariate integer GPS carrier phase ambiguity residuals. The residuals and their properties depend on the integer estimation principle used. Since it is known that the integer least-squares estimator is the optimal choice from the class of admissible integer estimators, we will only focus on the PDF of the ambiguity residuals for this estimator. Unfortunately the PDF cannot be evaluated exactly. It will therefore be shown how to obtain a good approximation. The evaluation will be completed by some examples.     

On lattice reduction algorithms for solving weighted integer least squares problems: comparative study

Decorrelation or reduction theory deals with identifying appropriate lattice bases that aid in accelerating integer search to find the optimal integer solution of the weighted integer least squares problem. Orthogonality defect has been widely used to measure the degree of orthogonality of the reduced lattice bases for many years. This contribution presents an upper bound for the number of integer candidates in the integer search process. This upper bound is shown to be a product of three factors: (1) the orthogonality defect, (2) the absolute value of the determinant of the inverse of the generator matrix of the lattice, and (3) the radius of the search space raised to the power of the dimension of the integer ambiguity vector. Four well-known decorrelation algorithms, namely LLL, LAMBDA, MLAMBDA, and Seysen, are compared. Many simulated data with varying condition numbers and dimensions as well as real GPS data show that the Seysen reduction algorithm reduces the condition number much better than the other algorithms. Also, the number of integer candidates, before and after the reduction process, is counted for all algorithms. Comparing the number of integer candidates, condition numbers, and orthogonality defect reveals that reducing the condition number and the orthogonality defect may not necessarily result in decreasing the number of integer candidates in the search process. Therefore, contrary to the common belief, reducing the orthogonality defect and condition number do not always result in faster integer least squares estimation. The results indicate that LAMBDA and MLAMBDA perform much better in reducing the number of integer candidates than the other two algorithms, despite having a larger orthogonality defect and condition number in some cases. Therefore, these two algorithms can speed up the integer least squares estimation problem in general and the integer ambiguity resolution problem in particular.