星载激光光斑影像质心自动提取方法

激光光斑影像的质心提取是卫星激光测高数据处理中的重要环节,对于获得精确的激光指向角有重要的意义。本文总结了灰度重心法、高斯拟合法以及椭圆拟合法3种常用的质心提取方法,在比较其优缺点之后结合高斯曲面拟合法和椭圆拟合法,提出了一种基于高斯阈值的椭圆拟合方法,针对仿真数据进行试验,有较好的精度结果。采用GLAS（geoscience laser altimeter system）的实际激光光斑影像LPA（laser profile array）数据进行试验,发现LPA光斑质心位置变化周期约为1.5 h,幅度最大可达2~3个像素,对应激光指向角变化约9",说明在轨监视激光质心位置变化对于提高激光指向角测量精度非常必要。相关结论可为后续国产卫星激光测高仪足印影像处理提供参考。     

数字相机校准中光斑中心的亚像素定位

数字相机校准是进行摄影测量作业的前提条件和精度保障,而对数字相机CCD靶面上光斑中心坐标精确定位是决定数字相机校准精度的主要因素之一.现研究了光斑中心坐标定位精度对数字相机校准精度的影响,得出数字相机校准对光斑中心定位精度的要求为优于0.23像素.在总结分析椭圆拟合算法和灰度加权质心算法的基础上,基于我实验室数字相机校准装臵,对不同尺寸的平行光管星点板,在不同相机视场角情况下分别进行了光斑中心坐标定位实验,实验结果表明两种算法的定位精度均满足数字相机校准的精度要求,但椭圆拟合算法定位精度优于灰度加权质心算法.     

高分七号卫星足印影像激光光斑质心提取方法

足印影像激光光斑质心提取是精确获取激光指向位置的基础,对于提升高分七号卫星激光测高数据精度具有重要意义.设计一种基于最小二乘椭圆拟合的激光光斑提取方法,并根据反馈结果利用累计矩阵对序列影像进行粗差剔除,实现了高分七号足印影像激光光斑提取.通过仿真数据和高分七号真实足印影像进行实验,验证了该方法具有较好准确性和稳定性.未来我国在星载激光测高领域将拥有更广阔的前景,所研究的相关成果可以为后续国产激光测高技术研究提供参考.     

星载激光光斑影像特征参数提取与分析

激光指向、足印大小和形状、能量等参数的精确提取是评估星载激光测高数据质量的重要指标.然而,对这些参数的研究和理解目前还不明确,为准确提取和理解这些参数,本文依托ICESat/GLAS的激光剖面阵列(LPA)影像数据,采用激光能量最大强度的1/e2弱化背景噪声影响,利用灰度加权一阶矩阵法和椭圆拟合法提取LPA影像的5个特...     

自动全站仪的光斑图像中心定位精度分析

为研制国产的自动目标识别全站仪,自动目标识别与照准全站仪成为研究的热点。本文将CMOS图像传感器内置于RTS010A电动全站仪中,构造自动目标识别全站仪系统。对光斑图像进行处理,提取光斑图像中心点坐标;测试并分析了光斑图像中心定位精度,全站仪望远镜固定不动时,光斑中心定位精度小于0.2个像素坐标,全站仪望远镜沿水平角或竖直角单方向旋转时,光斑中心坐标变化在固定方向小于0.7个像素坐标。认为光斑图像中心定位精度可满足自动目标识别全站仪模型标定的要求。     

附加傅里叶补偿项的卫星遥感影像RFM平差方法

卫星光学遥感影像的几何畸变是制约其定位精度的重要原因。采用一般系统误差补偿模型难以从根本上消除影像复杂畸变。本文在有理函数模型RFM平差方案基础上,根据傅里叶级数的逼近特性,提出用二元傅里叶多项式代替一般多项式作为系统误差补偿项,以适用符合连续条件的任意形式畸变。仿真和实际数据平差试验结果表明,本文方法能够有效补偿由于影像内外方位元素误差造成的像方定位系统误差及不同大小的畸变。在控制点充足的条件下,附加3阶傅里叶补偿项的RFM平差定位精度显著优于附加一般多项式补偿项的常规方法,其中SPOT-5异轨立体像对平差后平面和高程定位精度可分别达到3.34 m和2.48 m,QuickBird同轨立体像对平差后平面和高程定位精度分别达到0.77 m和0.54 m,均达到了子像素精度水平。二元傅里叶多项式可作为一种通用的影像系统误差补偿模型,拓展应用于航空和近景影像的畸变校正。     

高分五号可见短波红外高光谱影像在轨几何定标及精度验证

高分五号可见短波红外高光谱相机(AHSI)作为一颗具有高光谱分辨率的对地观测载荷,对复杂地物具有精确的探测与分类能力,高精度的几何定标对于卫星影像应用至关重要。本文采用了基于探元指向角的几何定标模型,分步解算内外定标参数,并选取多景影像进行实验验证。结果表明:通过严格的在轨几何定标,可见短波红外高光谱影像在无控制点的条件下,平面定位精度优于60 m (2个像素),内部精度优于0.5个像素,波段配准精度优于0.3个像素。     

高分辨率光学遥感卫星反射点源像点提取方法

像点提取精度是高分辨光学遥感卫星几何定标精度的关键因素之一。本文提出一种基于轻小型、自动化反射点源的像点提取方法,以参数化高斯模型拟合获取点源影像的像点坐标。在轨试验结果初步表明,反射点源法所提取的像点坐标的共线误差小于0.001像素,比例常量的相对标准偏差优于5‰,与质心法等常用方法提取的点源像点坐标相比较,精度优于0.05像素。反射点源不仅能够实现高精度的像点提取,而且还能够实现高分辨率光学遥感卫星的高精度几何定标与像质评价,对提高我国航天遥感立体测绘精度具有重要意义。     

基于GPS测站坐标残差序列的傅里叶模型建立与分析

利用傅里叶级数对GPS测站坐标残差序列进行模型建立与分析,通过傅里叶频域变换将GPS测站坐标残差序列分解到不同频域,然后对不同频域的规律进行傅里叶级数拟合,从而建立残差序列的拟合模型。实验表明傅里叶变换可以有效地分析研究GPS测站坐标残差序列中各种高频周期规律,并能够利用傅里叶级数实现高精度的拟合。     

航空重力向上延拓的外部精度评估

分别采用基于梯度、基于泊松积分和基于快速傅里叶变换（FFT）的地面重力向上延拓方案,并提出交叉检验方法估计地面重力数据误差及其空中误差传播,对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线数据进行外符合精度评价。对比结果表明：地面重力格网插值误差和代表性误差对空中点的影响达到0.66~0.92 mGal（1 Gal=1×10^-2 m/s²）,航空重力数据误差估计必须扣除这一影响;基于泊松积分和基于FFT的地面重力向上延拓方法能够客观评价航空重力观测值的外符合精度,二者表现相当;扣除地面重力误差影响后,在包含残余边界效应的情况下,毛乌素测区GT-2A航空重力空中测线重力扰动的外符合精度优于1.42 mGal。     

时频传递的改进整数相位钟方法

整数相位钟法是精密单点定位（PPP）中应用最广泛的模糊度固定方法之一。利用整数相位钟法进行频率传递的稳定度优于传统PPP，但该方法的钟差计算结果包含系统性偏差，影响时间传递精度。本文介绍了整数相位钟法基本原理，分析了钟差计算结果所包含的系统性偏差成因，提出一种基于星间单差模糊度固定与原子钟精化模型的改进整数相位钟法，并检验改进整数相位钟法的模糊度固定性能与时频传递性能。试验结果表明，改进算法能够有效消除该系统性偏差，利用改进整数相位钟法进行时间传递精度能够达到0.1~0.2 ns，频率传递稳定度达到1.1×10^-15/d。     

利用先验重力场模型求定GOCE卫星重力梯度仪校准参数

重力梯度仪校准参数的确定是GOCE重力梯度观测数据处理的关键环节。本文对GOCE卫星重力梯度观测值中的时变信号与粗差进行了分析,利用高精度全球重力场模型,确定了GOCE重力梯度观测值各分量的尺度因子与偏差,并对校准结果进行了精度评定。结果表明,在测量带宽内,海潮对重力梯度观测值影响在mE量级,与重力梯度仪的精度水平相当,陆地水等非潮汐重力场时变信号略小于海潮,量级约为10~(-4)E;各分量重力梯度观测值的粗差比例均大于0.2%;除EGM96模型外的其他模型对GOCE重力梯度仪进行校准后,Vxx、Vyy、Vzz、Vyz分量上尺度因子的稳定性均在10~(-4)量级,Vxz分量能达到10~(-5)量级,Vxy分量为10~(-2)量级,这与梯度观测值各分量的精度水平一致。     

无转换参数下参考框架间Helmert直转模型及精度分析

针对基于布尔莎模型的Helmert转换公式,当两个坐标参考框架没有直接的转换参数,但可通过“中间过渡”框架进行转换时,推导了由“中间过渡”参数计算直接转换参数的公式,以解决多步“过渡”转换时的复杂和低效问题.以EUREF公布的714个站点坐标和速度为例,将其从ETRF2014框架转换到ETRF2000框架.结果表明使用该方法计算的直接转换参数与间接转换相比,坐标差异在10^-8m量级,速度差异在10^-9m/a量级,精度分析结果验证了该计算方法的可行性.     

补偿海空重力测量动态效应剩余影响的通用模型

针对目前作业过程中普遍存在的测量动态环境效应剩余影响问题,在深入分析海空重力测量误差源形成机理及其变化特性基础上,提出了一种适用于补偿各类海空重力仪动态效应剩余影响的通用模型;研究探讨了通用模型形式优选和模型参数估计问题,将基于信息论的Akaike信息量准则引入通用模型表达式的优选过程,提出应用互相关分析方法对模型参数进行估计,在双重约束下构建了补偿动态效应剩余影响的优化模型。使用典型动态环境下的海面重力观测数据对该方法的有效性进行了验证,结果显示,海洋重力测量成果内符合精度从原先的±9.35×10^-5 m/s^2大幅提升到±1.01×10^-5 m/s^2,充分体现了本文方法和模型对消除高动态测量环境效应影响的优良特性。     

Geocoding SAR interferograms by least squares adjustment

A geocoding model for Synthetic Aperture Radar (SAR) interferometry based on a least-squares adjustment combining interferometric phase, range, Doppler centroid frequency, flight path and control point data is proposed. The complete mathematical framework for the computation of object space coordinates without approximations is presented. It provides a way to an efficient implementation of the algorithm for geocoding the pixels of an interferogram. The method is preferably applicable to spaceborne dual-pass interferometry, and independent of the orbit configuration. An accuracy analysis of object point positioning is conducted and results of geocoding an ERS tandem interferogram are shown.     

局部地形改正快速计算的GPU并行的棱柱法

在重力归算中,局部地形改正在重力勘探、地壳结构分析和大地水准面计算等领域有着重要意义,但严格棱柱体积分公式计算效率低,而快速计算公式则会降低计算精度。本文利用CUDA并行编程平台,提出一种地形格网重新编码和严格棱柱体积分八分量拆解方法,实现了基于CPU+GPU异构并行技术的严格棱柱体积分计算地形改正快速并行算法,克服了GPU各个线程计算任务分配和线程计算超载问题,解决了局部地形改正的高分辨率、高精度严密公式的快速计算难题。通过试验,在显卡型号为Tesla V100的计算机上进行4°×6°范围,积分半径40'和分辨率1'的局部地形改正计算仅需1.5 s;分辨率10″的局部地形改正计算仅需14.6 min;进行分辨率3″的地形改正计算耗时45.7 h,而传统串行算法则难以完成计算。在保证微伽级以上计算精度的条件下,计算加速比最高达到850倍以上,有效缩短了计算耗时,提高了计算效率。本文还依据上述并行算法对全国范围地形改正量进行计算。结果表明,我国地形改正量普遍低于80 mGal（1 Gal=10^-2 m/s²）,平均值1.83 mGal,最大值达到196 mGal。     

Wide-angle airborne laser range data analysis for relative height determination of ground-based benchmarks

 A wide-angle airborne laser ranging system has been developed for the determination of relative heights of ground-based benchmarks in regional-scale networks (typically 100 laser reflectors spread over 100 km²). A first prototype demonstrated a 1–2 mm accuracy in radial distance measurement in a ground-based experiment in 1995. The first aircraft experiment was conducted in 1998, over a small area (1 km²) equipped with a network of 64 benchmarks. The instrument was modified before that experiment, in order to minimize echo superimposition due to the high density of benchmarks. New data processing algorithms have been developed, for the deconvolution of strongly overlapped echoes and a high a priori uncertainty in the aircraft flight path, and for the estimation of benchmark coordinates. A special methodology has been developed for the parameterization of these algorithms and of outlier detection tests. From a total of 2×10⁴ pseudo-range measurements, that have been acquired from two flights composed of 30 legs each, only 3×10³ remain after outlier detection. A positioning accuracy of 1.5 cm in the vertical coordinate (2.1 cm in the difference between the two flights) has been achieved. It is shown that the errors are normally distributed, with a nearly zero mean, and are consistent with the a posteriori uncertainty. It is also shown that the accuracy is limited mainly by the sensitivity of the photodetector used for this experiment (due to reduced response time). Another limiting factor is the effect of aircraft attitude changes during the measurements, which produces additional uncertainties in absolute distance measurements. It is planned to test new photodetectors with high internal gains. These should provide, in future experiments with smaller benchmark density, an improvement in signal-to-noise ratio of a factor of 5–10, leading to sub-centimeter vertical positioning accuracy. Received: 19 June 2001 / Accepted: 3 January 2002