五、P23 摄影测量与遥感学

CH20082135星载-机载混合BiSAR运动误差的分析= Motion Error of Spaceborne-airborne Hybrid Bistatic SAR/杨永红,皮亦鸣(电子科技大学电子工程学院)//测绘学报.-2008,37(2).-163～167 SAR平台的非理想移动和转动包括速度误差和姿态误差,这些误差会造成图像的散焦和分辨率的降低,给图像分类和识别带来一定的困难,从而影响SAR图像的使用价值和应用范围。针对由混合运动平台构成的BiSAR的非理想移动和转动,建立可以同时描述速度误差与姿态误差的几何模型以及距离方程,并对距离方程进行Taylor     

Mini SAR遥感系统测图

Mini SAR遥感系统,用微小型SAR做传感器,通过小型飞机或无人机为遥感平台获取地物信息,但载机平台在空中易受气流影响而偏离预设航线产生运动误差。文中首先分析载机平台运动特点,介绍系统中IMU/GPS组合导航数据预处理过程,论述载机平台转动误差、速度误差对SAR成像距离模型的影响。MiniSAR遥感系统获取的影像清晰,可用于制作正射影像图、基础地理信息库更新、灾害监测应急等领域,但不足之处在于影像中某些金属目标出现方位散焦现象。     

机载SAR运动补偿残余误差建模及影响分析

在基于运动传感器测量数据的机载SAR运动补偿方法中,IMU/GPS测量误差和地物定位误差等非理想因素的存在会导致相位补偿量的不准确,进而引入残余运动误差,影响SAR图像质量.本文针对IMU的各项测量误差、系统延时误差、多普勒中心频率误差、参考DEM误差等影响轨迹测量和地物定位精度的具体因素展开研究,建立了上述因素与残余运动误差之间的函数关系.该函数关系显示,残余运动误差主要来源于航迹测量误差和地物定位误差,航迹测量误差主要根源于IMU/GPS测量单元中加速度计的常值漂移和IMU关于姿态角的测量误差,地物定位误差主要根源于参考DEM误差等因素.本文通过建模分析,完成了对机载SAR运动补偿精度退化机理的研究.     

非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维仿真

在缺少真实下视阵列合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）系统而带来数据获取和成像算法研究等困难的当下，下视阵列SAR三维仿真的研究具有重要意义。为了还原载机平台真实的飞行航迹，验证阵列SAR技术在高层建筑物密集城区的地形测绘能力，摒弃传统仿真研究基于匀速直线运动的假设，以高度骤变的城市建筑物为对象，分析构建了多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）下视阵列SAR非理想航迹运动误差模型，提出了非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维距离多谱勒成像算法。利用航空平台的航迹与姿态建模仿真技术，以及快速高效的回波仿真技术对成像算法进行了仿真实验，验证了方法的正确性和有效性。     

卫星姿态误差对多通道SAR成像质量的影响

多通道SAR系统克服了传统成像模式中最小天线面积条件的限制,可以同时实现高分辨率、宽测绘带SAR成像.然而,多通道SAR系统方位向信号存在非均匀采样的现象,进而造成SAR图像虚假目标的出现.因此,方位向非均匀采样信号的重构对成像质量具有至关重要的影响.卫星姿态误差会导致方位向非均匀采样信号的重构出现偏差,大大降低了图像质量.本文通过建立一发八收星载SAR回波信号模型,推导出方位向信号非均匀采样所引起的虚假目标的位置和强度的计算公式,并分析了在不同视角下偏航、俯仰、横滚3个方向的姿态误差对成像质量产生的影响.     

基于测量数据的机载三维SAR横滚角运动误差补偿

机载三维SAR通过天线阵列、合成孔径和宽带信号实现三维成像,但平台的平动误差和姿态角误差会影响成像质量。不同阵元间的平动误差一致,可通过单天线SAR运动补偿方法去除,但姿态角误差改变阵元间相对位置关系,影响复杂,其中,横滚角误差影响最大,目前尚没有基于测量数据的补偿方法。本文建立了阵列天线SAR三维成像模型,分析了横滚角误差影响及横滚角误差与跨航向波数之间的关系,提出了波数域子孔径补偿方法,仿真结果证明该方法可有效补偿横滚角运动误差影响。     

SAR图像海岸线检测的区域距离正则化几何主动轮廓模型

合成孔径雷达(SAR)卫星遥感图像可以极大地提高全国海岸线覆盖频率,然而受到海洋波浪所引起的随机海水表面粗糙度的影响,海岸目标与海水背景边界易混淆不清,因此本文提出了基于区域距离正则化几何主动轮廓模型(RDRGAC),引入距离正则项,解决重复初始化水平集函数为符号距离函数的问题,提高了算法收敛速度。此外,将区域面积项系数与SAR图像等效视数(ENL)建立非线性拟合关系,实现RDRGAC模型根据不同SAR遥感图像的自适应调整,改善海岸线自动提取精度。通过河北省北戴河和大连市金州湾SAR数据海岸线提取对比试验,验证了所提方法的有效性。     

可适应阵列误差和非均匀杂波环境的多通道SAR图像域STAP方法

多通道SAR图像域STAP方法是一种利用了长相干积累时间的STAP方法,其杂波抑制和运动目标检测能力强.但是,目前的多通道SAR图像域STAP方法均是在理想条件下给出的,没有考虑阵列误差和非均匀杂波环境对其性能的影响.文中分析了阵列误差和非均匀杂波环境的影响,提出了一种可适应阵列误差和非均匀杂波环境的多通道SAR图像域STAP方法.基于实测杂波数据的实验验证了所提方法的正确性.     

静止气象卫星轨道运动的成像补偿研究

为进一步提高观测频次和信噪比,近年来各国新一代静止气象卫星均采用三轴稳定工作模式对地扫描成像。为了精确提取遥感目标物所在地点关于地表、云和大气状态的定量参数产品,必须要解决图像配准和定位问题。轨道漂移运动引起卫星视轴在地球表面上移动,导致连续图像之间产生相对位移,影响云图动画的图像配准精度。以2016年12月发射的中国风云四号卫星成像仪为研究对象,给出了图像参考基准的严密定义,研究了一种轨道运动补偿OMC(Orbit Motion Compensation)方法。通过给成像仪2维扫描机构增加转角补偿的方法在卫星上实时引导视线扫描路径,卫星相当于在理想轨道位置的视角成像。得到的遥感图像均被配准到地球固定网格FG(Fixed Grid),保持相对固定的几何定位关系。由于这种在卫星上完成的补偿剥离了L0级图像数据与卫星轨道测量信息之间的关系,从根源上保证了原始图像的长周期定位稳定性。为证明方法的正确性,利用风云四号卫星在轨测试的遥感图像L0级数据进行了试验验证。结果表明,云图动画中南北方向相对运动距离由973.0μrad缩小至75.6μrad,东西方向由205.8μrad缩小至81.2μrad。星上轨道运动补偿有效削弱了周期性轨道运动对图像定位与配准的干扰,显著提升图像配准精度。针对未来带有长线阵的新型静止卫星成像仪发展趋势,分析了进行星上轨道运动补偿时引起的长线阵探测器边缘像元误差问题,提出了采用电推进系统对卫星轨道倾角进行高精度保持控制来降低边缘误差的解决方案。     

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。     

顾及运动估计误差的“凝视”卫星视频运动场景超分辨率重建

在含有运动地物的“凝视”卫星视频影像超分辨率重建问题中,针对由于运动估计不准确导致的重建后运动物体存在“格网”和“拖尾”等问题,提出了顾及运动估计误差的运动场景超分辨率重建方法。首先,在MAP模型框架下分析了基于L1范数和L2范数的保真项对于运动估计误差的稳健性,引入稳健的M-估计作为保真项,自适应的减少运动估计误差对重建结果的影响;然后,分析了稳健估计条件下Tikhonov、TV、BTV正则项的重建效果;最后,提出了基于稳健估计的双边滤波超分辨率重建方法,用SkyBox和吉林一号的卫星视频数据验证本文方法。试验证明,本文方法对含有运动目标的卫星视频影像具有较好的重建效果,重建后动态和静态地物细节都得到提升,归一化方差和梯度能量指标都优于其他方法。试验表明了本文方法的可行性。     

无人平台视觉导航算法验证仿真系统的设计与实现

近年来,基于视觉的导航和目标跟踪算法开始广泛应用于无人平台。针对各类视觉导航算法和综合任务方案在无人平台上实地测试风险性高、现场采集参数精度低、效率差等问题,设计并搭建了一套以高精度工控导轨平台、姿态控制云台、工业相机和模拟地形沙盘为主要部件的无人平台半物理仿真系统。引入OptiTrack光学运动捕捉设备对仿真系统真实的位姿控制精度进行了评价,结果显示系统空间三轴位置控制均方根误差在1 mm左右,横滚、俯仰、航向姿态角控制均方根误差小于0.1°,可以服务于视觉导航算法和综合任务方案在无人平台上的性能评估。     

国产推扫式测图卫星影像几何精度评估模型

系统全面地分析并论证了国产推扫式测图卫星影像的几何精度,对卫星测图应用以及后续测绘卫星设计等都具有积极意义。从测图卫星几何成像机理出发,较为系统地分析了卫星成像过程中的轨道误差、姿态误差、时间误差、相机内部误差和星载设备安装误差等对卫星影像平面和高程几何定位误差的影响状况,定量分析并推导了各类误差源对影像几何精度的影响程度,设计并提出了国产推扫式测图卫星影像几何精度评估模型和方法。采用资源三号卫星立体影像开展实验,结果表明,所提出的影像几何精度评估模型获取的理论精度与实验精度符合度较好,模型具有合理性和科学性。     

卫星摄影姿态测定系统低频误差补偿

姿态测定系统不仅存在高频误差,还存在与卫星轨道纬度及时间有关的低频误差,严重影响无地面控制点测量精度。本文分析了产生低频误差的因素及相关解决措施,并在天绘一号(TH-1)卫星工程中,利用光束法平差实现低频误差的自动检测与补偿处理,消除低频误差对定位精度的影响,最后进行了试验验证。试验结果表明:低频误差补偿技术,很好地解决了无地面控制定位系统误差问题,为实现天绘一号卫星全球定位精度的一致性发挥了重要作用。     

高分辨率卫星遥感影像姿态角系统误差检校

简要介绍高分辨率卫星遥感影像的严格几何处理模型,提出较为严密的影像姿态角系统误差检校模型。通过对SPOT-5、CBERS-02B两种卫星遥感影像的试验证实模型的正确性和方法的有效性。对影像姿态角系统误差进行补偿后,可明显提高卫星遥感影像对地目标定位的精度,且优于影像姿态角常差检校的效果,目标点平面定位精度达到了±(2～3)像素的水平。     

附加视线向量修正的卫星影像区域网平差

针对传统有理函数模型(RFM)区域网平差方法局限于姿态和轨道测量误差小、相机视场角小及影像交会角良好的情况,提出了附加视线向量修正的卫星影像区域网平差方法。首先利用影像附带的有理多项式系数(RPC)计算出像元视线向量,其次根据该视线向量恢复成像时刻虚拟位置和姿态信息,然后对恢复的虚拟位置和姿态构建误差补偿模型,最后通过最小二乘方法整体解算模型参数和连接点物方坐标。该方法从系统误差产生的原因构建补偿模型,可以规避传统区域网平差方法的近似假设和条件限制。通过对模拟数据以及多套测绘卫星和非测绘卫星数据进行试验的结果表明,该方法处理大姿态角误差、大视场角以及弱交会角等各种严苛条件下的卫星影像能达到比传统方法更好的效果。     

FY-3B微波成像仪资料的地理定位误差与订正

风云3号B星(FY-3B)上的微波成像仪(MWRI)通过10.65 GHz,18.7 GHz,23.8GHz,36.5 GHz和189.0 GHz5个频率的双极化通道对地球表面进行监测。自卫星发射至今,MWRI资料的地理定位误差还未进行深入研究。为了提高FY-3B MWRI L1级数据地理定位精度,基于海、陆响应的升、降轨亮温差理论NDM(Node Differential Method),通过卫星位置和速度矢量建立卫星姿态模型、采用非线性最优化方法估计卫星姿态偏差,进而对MWRI 89 GHz通道的地理定位误差进行分析与订正。结果表明,2015年1—9月份俯仰、滚动和偏航角度的平均偏差分别为-0.220°,0.068°和0.062°,对应沿轨误差大约3—4 km,跨轨误差小于1 km。定位误差订正后,地中海、澳大利亚区域海岸线附近的升降轨亮温差明显减小;观测亮温在红海和南美洲东南部区域的分布和海岸线更加吻合,定位精度得到明显提高。     

高分辨率光学卫星影像平台震颤几何精度影响分析与处理研究综述

卫星平台震颤是卫星受到内外部因素影响引发的一种幅值较小的颤振响应。随着空间分辨率的提高,平台震颤成为影响高分辨率卫星影像高精度处理与应用的关键因素。首先对遥感卫星影像平台震颤分析与处理的国内外现状进行了概述,然后总结了高分辨率光学卫星平台震颤地面处理框架,对震颤姿态确定、震颤误差检测与建模以及震颤畸变校正3个关键技术进行了阐述,最后对未来超高分辨率光学卫星平台震颤分析与处理的发展方向进行了展望。     

Analysis of systematic error influences on accuracy of airborne laser scanning altimetry

The error sources related to the laser rangefinder, GPS and INS are analyzed in details. Several coordinates systems used in airborne laser scanning are set up, and then the basic formula of system is given.This paper emphasizes on discussing the kinematic offset correction between GPS antenna phase center and laser fired point. And kinematic time delay influence on laser footprint position, the ranging errors, positioning errors, attitude errors and integration errors of the system are also explored. Finally, the result shows that thekinematic time delay can be neglected as compared with other error sources. The accuracy of the coordinates is not only influenced by the amplitude of the error, but also controlled by the operation parameters such as flight height, scanning angle amplitude and attitude magnitude of the platform.     

Analysis of systematic error influences on accuracy of airborne laser scanning altimetry

The error sources related to the laser rangefinder, GPS and INS are analyzed in details. Several coordinates systems used in airborne laser scanning are set up, and then the basic formula of system is given. This paper emphasizes on discussing the kinematic offset correction between GPS antenna phase center and laser fired point. And kinematic time delay influence on laser footprint position, the ranging errors, positioning errors, attitude errors and integration errors of the system are also explored. Finally, the result shows that the kinematic time delay can be neglected as compared with other error sources. The accuracy of the coordinates is not only influenced by the amplitude of the error, but also controlled by the operation parameters such as flight height, scanning angle amplitude and attitude magnitude of the platform.