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。     

缺少控制点的卫星遥感对地目标定位

从单线阵推扫式传感器的成像机理出发，利用6个卫星轨道开普勒参数和3个传感器姿态角建立了推扫式卫星遥感影像坐标与其地面点在地心坐标系下的坐标关系式，即构像方程。按照所建立的构像方程，对某地区一景SPOT-5影像进行对地目标定位，获得了实地上83．392m的平面精度；利用单个地面控制点对卫星轨道开普勒参数和传感器姿态实施调整后，目标定位精度提高到14．217m。试验证实，所建立的构像方程是正确的,在卫星遥感对地目标定位中有较好的应用前景。     

Precision rectification of high resolution satellite imagery without ephemeris data

The huge capability of high resolution satellite imageries (HRSI), that includes spatial, spectral, temporal and radiometric resolutions as well as stereoscopic vision introduces them as a powerful new source for the Photogrammetry, Remote Sensing and GIS communities. High resolution data increases the need for higher accuracy of data modeling. The satellite orbit, position, attitude angles and interior orientation parameters have to be adjusted in the geometrical model to achieve optimal accuracy with the use of a minimum number of Ground Control Points (GCPs). But most high resolution satellite vendors do not intend to publish their sensor models and ephemeris data. There is consequently a need for a range of alternative, practical approaches for extracting accurate 2D and 3D terrain information from HRSI. The flexibility and good accuracy of the alternative models demonstrated with KFA-1000 and the well-known SPOT level 1A images. A block of eight KFA-1000 space photos in two strips with 60% longitudinal overlap and 15% lateral sidelap and SPOT image with rational function, DLT, 2D projective, polynomials, affine, conformal, multiquadric and finite element methods were used in the test. The test areas cover parts of South and West of Iran. Considering the quality of GCPs, the best result was found with the DLT method with a RMSE of 8.44 m for the KFA-1000 space photos.     

北斗卫星ECOM光压模型参数选择策略分析

以ECOM经验光压模型为基础,利用北斗卫星3年的精密星历进行轨道拟合,获得了ECOM光压参数的变化规律,给出了北斗3类卫星的ECOM光压参数选择策略。从北斗卫星姿态控制模式出发,通过卫星星体受照分析,指出在北斗卫星地影期零偏航状态下,由于太阳对卫星帆板的不正照,导致与动态偏航姿态相比,光压摄动力存在与轨道周期相关的分量,需要在ECOM 5参数的基础上增加D向周期分量进行吸收。通过MGEX全球网数据定轨试验,本文提出的方法可使零偏段定轨重叠段位置精度提高50%~80%。     

三线阵影像外方位元素平滑方程自适应光束法平差

外方位元素数据是影响光学卫星影像几何定位精度的重要因素,其精度不仅取决于姿态和轨道测定系统的精度,还与卫星平台稳定度紧密相关。在实际卫星工程中,姿态测定系统存在突变现象,导致处理航线中上下视差发生较大变化。本文在全三线交会EFP光束法平差理论基础上,提出在光束法平差中采用外方位元素自适应分段平滑策略及其数学模型。即根据立体影像上下视差差分数据,对立体影像进行自动分段;在此基础上,对不同段的外方位元素平滑方程赋予不同权值,共同参与光束法平差。通过实际卫星影像试验表明,该方法可有效抑制卫星姿态测定系统突变对立体影像无控定位精度的影响,尤其是高程精度改善显著。     

北斗卫星导航系统混合星座的光压摄动建模和精度分析

卫星帆板及本体受照情况变化复杂,导致卫星光压摄动力的变化难以准确模制,既是动力学定轨的最大误差源,也是定轨预报精度降低的主要原因。针对此问题,采用北斗地面系统的区域监测网数据,详细比较了3种主要的经验模型（T20模型、ECOM5参数模型、ECOM9参数模型）对不同卫星的适用性情况。结果显示,在春秋分前后,地球同步轨道（geosynchronous earth orbit,GEO）卫星使用ECOM9参数模型最好,其解算的卫星钟差与星地双向钟差的互差标准差优于2 ns;对于倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO）卫星和中地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星,无论是在动偏期间还是姿态模式转换期间,T20模型表现出更好的适用性。不同于此前国内外学者的相关研究,试验表明,对BDS混合星座的不同类型卫星、同一卫星的不同时段,应采用不同的经验太阳光压模型,以获得更高的定轨和预报精度。     

基于单位四元数的机载三线阵影像光束法平差

为克服欧拉角在空间方位的描述和插值中的局限性,采用单位四元数来描述相机的姿态,推导了四元数描述的共线条件方程。在此基础上,提出了将四元数球面线性插值(Slerp)引入到三线阵影像定向片法平差的思想,通过利用Slerp公式进行相机姿态的匀速插值,建立了基于单位四元数的三线阵影像平差的数学模型并进行了线性化。两套ADS40数据的试验结果表明,在区域四角布设平高控制点的情况下,基于Slerp模型的定向片光束法平差在平面和高程方向均可取得优于1个地面像元(GSD)的定位精度,是三线阵相机检校和空中三角测量较理想的技术手段。     

利用GPS伪距观测值确定低轨卫星轨道的探讨

介绍了通过建立卫星的轨道动力学模型,设计出GPS观测方程和运动方程组合的卡尔曼滤波模型。探讨了使用卡尔曼滤波对所得轨道进行滤波平滑,指出了影响精度的因素和提高精度的办法。     

Long-wavelength global gravity field models: GRIM4-S4, GRIM4-C4

Summary.  GFZ Potsdam and GRGS Toulouse/Grasse jointly developed a new pair of global models of the Earth's gravity field to satisfy the requirements of the recent and future geodetic and altimeter satellite missions. A precise gravity model is a prerequisite for precise satellite orbit restitution, tracking station positioning and altimeter data reduction. According to different applications envisaged, the new model exists in two parallel versions: the first one being derived exclusively from satellite tracking data acquired on 34 satellites, the second one further incorporating satellite altimeter data over the oceans and terrestrial gravity data. The most recent “satellite-only” gravity model is labelled GRIM4-S4 and the “combined” gravity model GRIM4-C4. The models are solutions in spherical harmonics and have a resolution up to degree and order 60 plus a few resonance terms in the case of GRIM4-S4, and up to degree/order 72 in the case of GRIM4-C4, corresponding to a spatial resolution of 555 km at the Earth's surface. The gravitational coefficients were estimated in a rigorous least squares adjustment simultaneously with ocean tidal terms and tracking station position parameters, so that each gravity model is associated with a consistent ocean tide model and a terrestrial reference frame built up by over 300 optical, laser and Doppler tracking stations. Comprehensive quality tests with external data and models, and test arc computations over a wide range of satellites have demonstrated the state-of-the-art capabilities of both solutions in long-wavelength geoid representation and in precise orbit computation. Received 1 February 1996; Accepted 17 July 1996     

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。     

GPS卫星精密定轨中的摄动力分析

在介绍各种摄动模型的基础上,将IGS提供的SP3精密星历作为几何轨道,应用不同的摄动模型进行几何轨道平滑,求得卫星轨道的动力学参数,再用动力学参数积分求定卫星的轨道,将其与IGS提供的SP3精密星历进行比较,从而详细分析每一种摄动力对GPS轨道影响的量级,而且说明建立的GPS卫星轨道的摄动模型是比较准确的。     

Swarm卫星星载GPS精密定轨方法及精度分析

Swarm星座是ESA的首个用于测量来自地球核心、地幔、地壳、海洋、电离层等区域磁场信息的对地观测卫星星座。而高精度的轨道信息正是其有效利用卫星载荷完成上述任务的前提条件。目前国内关于Swarm卫星精密定轨的研究较少,为此建立并推导了Swarm卫星精密定轨的动力学模型、观测模型以及它们之间的数学关系,详细给出了Swarm卫星精密定轨模型与实现过程。针对Swarm卫星精密定轨中姿态数据的处理问题提出了相应的解决方案。利用Swarm卫星星载GPS实测数据,采用约化动力学定轨方法进行Swarm卫星精密定轨实验。通过轨道衔接点位置差异、与外部精密轨道比较以及SLR验证等精度评定方法分析表明:基于星载GPS的Swarm卫星约化动力学定轨各方向的精度都优于3 cm。     

高分辨率卫星影像几何精度真实性检验方法

以日本ALOS卫星为例,分析了线阵推扫式卫星影像成像特征,从理论上阐述利用严密成像几何模型建立卫星影像像点与物点之间的成像几何关系,并利用光束法区域网平差技术对影像几何精度进行真实性检验的方法。在实验部分,基于中国嵩山遥感几何定标场的参考数据,对ALOS卫星影像的几何精度进行了验证,获取了它的有控和无控的定位精度,并用解算的外方位元素建立立体模型,检测不同地形生成DEM精度。     

新太阳光压模型在GNSS定轨中的应用

太阳光压摄动是影响卫星定轨中重要的误差源,在GNSS导航卫星精密定轨过程中使用最为广泛的光压模型为ECOM模型。为了探究几种ECOM模型及其适用性,该文以超快速星历为起算轨道,分析对比经典ECOM-1模型与最新13参数ECOMC模型对GPS/BDS卫星轨道的影响。结果显示:相较于ECOM-1模型,ECOMC模型在GPS定轨中精度有所提升,特别体现在径向精度提升,单天与三天弧段在径向的解算精度分别提升了12.73%和24.74%;在BDS定轨中,采用ECOMC模型,部分GEO卫星在径向方向单天精度有12.38%的提升,而对于IGSO与MEO卫星二者精度差异不大;分析可得,由于星体结构不对称引起卫星在沿太阳-卫星方向作用的偶数阶短周期谐波扰动,引入卫星-太阳方向偶数阶项的参数估计可提升卫星径向精度。     

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。     

基于Kalman滤波的InSAR基线估计方法

针对目前SAR干涉测量中基线估计现存的问题,提出了利用Kalman滤波和配准参数进行基线估计的方法.所提出的方法具有不需地面控制点、不受地形限制和不依赖于轨道参数等优点,并可以估计时变的基线参数.利用南京地区的ERS-1/2 tandem数据进行了试验研究,并对提出的方法进行了验证.结果表明,在精确的卫星轨道数据和地面控制点不能获取时,所提出的方法仍能有效地估计InSAR基线.这在一定程度上补偿了轨道偏移带来的误差,为获取高精度的DEM奠定了基础.     

高分辨率遥感卫星传感器严格成像模型的建立及验证

本文对高分辨率遥感卫星传感器严格成像模型进行了深入研究。分析了星载线阵CCD传感器严格成像模型的一般建立方法与过程,针对SPOT 5 HRS/HRG、ALOS PRISM、资源三号TLC等典型的高分辨率遥感卫星传感器特点,分别给出了3种改化的严格成像模型;设计了基于光束法区域网平差的模型验证方法。利用登封遥感实验场区域的3种卫星影像及相关辅助数据,对严格成像模型的正确性进行了验证。结果表明3种改化模型可有效实现卫星影像的平差定位。     

Precise orbit determination for the FORMOSAT-3/COSMIC satellite mission using GPS

The joint Taiwan–US mission FORMOSAT-3/ COSMIC (COSMIC) was launched on April 17, 2006. Each of the six satellites is equipped with two POD antennas. The orbits of the six satellites are determined from GPS data using zero-difference carrier-phase measurements by the reduced dynamic and kinematic methods. The effects of satellite center of mass (COM) variation, satellite attitude, GPS antenna phase center variation (PCV), and cable delay difference on the COSMIC orbit determination are studied. Nominal attitudes estimated from satellite state vectors deliver a better orbit accuracy when compared to observed attitude. Numerical tests show that the COSMIC COM must be precisely calibrated in order not to corrupt orbit determination. Based on the analyses of the 5 and 6-h orbit overlaps of two 30-h arcs, orbit accuracies from the reduced dynamic and kinematic solutions are nearly identical and are at the 2–3 cm level. The mean RMS difference between the orbits from this paper and those from UCAR (near real-time) and WHU (post-processed) is about 10 cm, which is largely due to different uses of GPS ephemerides, high-rate GPS clocks and force models. The kinematic orbits of COSMIC are expected to be used for recovery of temporal variations in the gravity field.     

北斗伪距单点定位的随机模型影响评估

北斗卫星导航系统包含3种不同类型的空间星座,相对应卫星的高度角存在一定的差异,对北斗卫星单点定位的影响也不同。针对这一问题,研究了等权模型、基于卫星高度角和信噪比的北斗卫星观测量随机模型确定方法。利用MGEX站提供的观测数据,通过比较不同模型的实验结果表明:相对于等权模型,基于卫星高度角和信噪比定权模型可以提高单点定位的精度,并且信噪比模型优于高度角模型;在基于信噪比确定权阵的随机模型中,选择不同的参数,对解算结果精度会产生相应的影响。     

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。