SAR卫星轨道数据精度对Doris获取DEM精度的影响研究

本文介绍了InSAR卫星轨道状态矢量内插方法,基于荷兰Delft大学开发的Doris雷达干涉软件分析了SAR卫星轨道数据误差对基线参数、参考椭球面相位、地形干涉相位和数字高程模型(DEM)精度的影响。以西藏玛尼地区为例,采用ERS1/2卫星数据,利用Doris软件,分别生成了基于欧空局(ESA)粗略轨道数据和荷兰Delft大学精密轨道数据的数字高程模型(DEM),并以SRTMDEM为基准对其精度进行了对比分析。结果表明,基于粗轨数据获取的DEM明显存在系统偏差,而基于精轨数据获取的DEM与SRTM DEM吻合的很好,相对于前者,精度提高5倍。     

小波域多时相干涉SAR数据融合

大气因素和高斯白噪声对由星载干涉SAR系统获取的干涉图相位有很大的影响，可能会极大地降低结果DEM的精度，提出了一种对多时相干涉SAR数据生成的独立DEM进行权重融合的方法，该算法在小波域当中估计了大气和高斯噪声的误差功率，并对多时相DEM进行权重融合。用河北省尚义县地区的ERS-1和ERS-2数据的研究表明，此算法可以很好地提高由干涉SAR获取的DEM的精度。     

利用升降轨道SAR数据获取DEM的试验研究

首先介绍了利用InSAR技术提取DEM的原理及方法,其次对利用ENVISAT卫星的升轨SAR数据和降轨SAR数据获取DEM,然后对其融合,并将融合前后的DEM与SRTM3 DEM进行比较,分析其精度。结果表明,与单独利用升轨SAR数据或降轨SAR数据获取的DEM相比,融合后的DEM能更好地显示地形起伏特征,高程精度得到明显提升,且羽化融合后的DEM精度最高,其与参考DEM─SRTM3 DEM高程差异标准差为±7.25,高程差异绝对值小于15 m的地区占95.48%。     

InSAR地形重建中大气效应的估计和去除

有效估计和消除大气效应的影响是提高InSAR应用能力的关键之一。本文对重复轨道干涉模式下大气相位产生的原因及其时空分布规律进行分析研究,提出了一种利用外部低分辨率DEM数据辅助改正大气相位的方法,通过对比大气改正前后结果DEM的高程精度验证了方法的有效性。     

使用InSAR 建立DEM的试验研究

重点考察使用星载InSAR技术建立DEM的关键数据处理过程和精度情况。首先介绍InSAR的基本原理和所涉及的关键干涉雷达数据处理技术，然后对欧空局的2颗卫星ERS－1／2以串接飞行方式分别于1996年3月18日和19日对香港地区成像所获取的2幅SAR复数影像作了干涉处理和分析，并生成了DEM，最后以外部DEM作参考标准，对干涉DEM的精度作了评价，并分析了其潜在的制约因素。     

不同软件在ASTER数据中提取DEM的精度对比

利用3个不同的软件对四川省龙门山中段ASTER 15 m分辨率的立体像对进行了DEM提取,并对其精度进行了初步评价。分别使用立体测量法和干涉测量法提取DEM,并通过检验点法和剖面线法对比分析。结果表明,利用ERDAS的干涉测量法提取出的DEM效果较好,高程精度可达30 m,对后续数据深挖掘和高层次地形分析具有应用价值。     

利用ERS-1/2重轨干涉SAR数据提取DEM及其精度分析

介绍了重轨干涉SAR数据的图像配准、干涉图生成、基线估计及DEM生成的原理，利用1996年获取的西茂玛尼地区的ERS－1／2串行干涉SAR数据提取了DEM。并选控制点计算了所获得的DEM的误差。最后对影响DEM精度的各种因素进行了分析。     

多源星载SAR地形干涉测量精度分析

星载InSAR技术具有高效率、高精度获取全球DEM数据及其他增值产品的优势，是地形测绘领域的研究热点。本文综合利用国内外多源星载SAR影像数据，开展地形干涉测量试验及精度对比分析，旨在为全球测绘提供技术参考。现有的X/C/L波段卫星SAR系统，如COSMO-SkyMed、GF-3、ALOS-2获取的干涉数据集，在青海典型复杂地形实验区均成功获取了DEM数据产品。分析结果表明，在3种典型数据源中，基于COSMO-SkyMed干涉测量DEM的精度与细节质量相对较高，GF-3干涉结果次之，ALOS-2数据也实现了较好的地形测图精度。相关结果从侧面论证了国产GF-3数据具备在空间基线合适的条件下获得高精度DEM数据产品的潜力。     

InSAR平地相位去除算法及其对DEM精度影响研究

准确有效去除干涉纹图中的平地相位是精确莺建DEM的关键.探讨了两类常见的去平地相位方法(基于地理定位和基于干涉频谱),分析了其所引起的误差影响.通过Envis砒和JERS-1两种数据的验证结果表明:在可获取精密轨道数据的情况下,基于地理定位的去平地方法能够有效去除干涉纹图中所包含的平地相位,并很好地控制最终所得的DEM误差,其效果优于基于干涉频谱的去平方法;基于干涉频谱的去平方法在干涉频谱平均空间频率为0时,所引起的DEM误差相对较小;在精密轨道数据缺乏的情况下,两种方法均不能满足重建DEM精度要求.     

TanDEM-X系统相对测高性能分析

针对TanDEM-X卫星计划,重点分析其在一个轨道周期内的测高性能的变化情况.首先从建立双星HELIX构形的HILL.方程出发,分析了一个轨道周期内直接影响干涉测高的有效基线,包括顺轨和交轨基线的影响,然后讨论了系统相关系数及其对干涉相位误差的影响,通过建立相对高程误差模型,进一步分析了系统相对高程精度.最后计算机仿真结果验证了分析的正确性.     

单星模糊度固定的整数相位钟法及在低轨卫星定轨中的应用

单星GPS相位模糊度固定可以显著提升低轨卫星的定轨精度。目前,CNES/CLS、武汉大学和CODE 3家机构都已公开发布用于单星模糊度固定的GPS整数相位钟产品。本文首先利用整数相位钟方法实现单星模糊度固定,并应用于低轨卫星精密定轨中;然后,对比分析了不同机构提供的整数相位钟产品在低轨卫星单星模糊度固定和精密定轨中的应用性能;最后,通过对GRACE-FO编队卫星数据进行处理,发现基于不同机构产品的窄巷模糊度固定成功率都可以达到94%左右。不同机构产品获得的模糊度固定解轨道的SLR(satellite laser ranging)检核残差RMS约为0.9 cm,与模糊度浮点解的定轨结果相比,单星绝对轨道精度提高了约30%。在分别利用CNES/CLS、武汉大学和CODE产品实现单星模糊度固定后,双星相对轨道的KBR(K-band ranging)检核残差RMS分别从5.7、5.4和5.3 mm减小到2.1、2.0和1.5 mm。结果表明,不同整数相位钟产品在GRACE-FO卫星单星模糊度固定和精密定轨中的效果相当。     

SWARM卫星简化动力学厘米级精密定轨

联合星载GPS双频观测值与简化的动力学模型,在卫星运动方程中引入适当的伪随机脉冲参数,对SWARM卫星进行精密定轨。采用星载GPS相位观测值残差、重叠轨道以及与外部轨道对比等3种方法对SWARM卫星简化动力学定轨结果进行检核。结果表明:SWARM星载GPS相位观测值残差RMS为7~10mm;径向、切向以及法向6h重叠轨道差值RMS均在1cm左右,3个方向均无明显的系统误差。通过与欧空局(ESA)发布的精密轨道进行对比分析,径向轨道差值RMS为2~5cm,切向轨道差值RMS为2~5cm,法向轨道差值RMS为2~4cm,3D轨道差值RMS为4~7cm;SWARM-B定轨精度优于SWARM-A与SWARM-C。因此,采用简化动力学法与本文提供的定轨策略进行SWARM卫星精密定轨是切实可行的,定轨结果良好且稳定,定轨精度达到厘米级。     

轨道误差对InSAR 数据处理的影响

轨道参数是InSAR 数据处理中一个重要的参数,对从最初的图像配准到最后的高程值或形变值图像生成都有着重要的影响.含有误差的轨道参数造成基线误差以残差条纹的形式存在于干涉图中.完全去除残差条纹要求轨道绝对精度低于1mm,目前的定轨精度远不能满足要求.这里推导了轨道误差和残差干涉条纹的关系,分析了轨道误差对高程值和形变值影响的特点,提出采用二次多项式拟合的方法去除残差干涉条纹,并以巴姆地区的 ENVISAT 数据证明了提出方法的有效性.     

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.     

基于几何配准的多模式SAR影像配准及其误差分析

星载合成孔径雷达影像干涉处理时所需方位向配准精度因成像模式的差异而有所不同,目前在精密轨道条件下以几何配准为基础辅以影像信息的配准方案因其严格的理论模型和较高的精度成为干涉处理的首选。本文以TerraSAR-X影像为例,论证了不同成像模式影像所需的配准精度和卫星轨道精度,并通过理论分析和试验证明了精密轨道条件下,利用几何配准即可满足TerraSAR-X等卫星的条带模式影像干涉处理的需要;聚束模式影像需要在几何配准的基础上利用影像相干性或谱分集进一步优化配准结果。鉴于增强谱分集偏移量估计精度最高,本文进一步利用增强谱分集对比分析了不同轨道不同DEM条件下的几何配准误差。研究结果表明:卫星轨道切向误差是几何配准的主要误差源,目前常用3种DEM几何配准差异远小于0.001个像素,均可满足Sentinel-1影像干涉配准的需要。     

GPS-derived orbits for the GOCE satellite

The first ESA (European Space Agency) Earth explorer core mission GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) was launched on 17 March 2009 into a sun-synchronous dusk–dawn orbit with an exceptionally low initial altitude of about 280 km. The onboard 12-channel dual-frequency GPS (Global Positioning System) receiver delivers 1 Hz data, which provides the basis for precise orbit determination (POD) for such a very low orbiting satellite. As part of the European GOCE Gravity Consortium the Astronomical Institute of the University of Bern and the Department of Earth Observation and Space Systems are responsible for the orbit determination of the GOCE satellite within the GOCE High-level Processing Facility. Both quick-look (rapid) and very precise orbit solutions are produced with typical latencies of 1 day and 2 weeks, respectively. This article summarizes the special characteristics of the GOCE GPS data, presents POD results for about 2 months of data, and shows that both latency and accuracy requirements are met. Satellite Laser Ranging validation shows that an accuracy of 4 and 7 cm is achieved for the reduced-dynamic and kinematic Rapid Science Orbit solutions, respectively. The validation of the reduced-dynamic and kinematic Precise Science Orbit solutions is at a level of about 2 cm.     

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。     

基于星载GPS数据的Jason-3卫星简化动力学和运动学法精密定轨

利用Jason-3星载GPS观测数据,采用简化动力学方法和运动学方法对Jason-3卫星进行精密定轨研究. 通过载波相位残差、重叠轨道对比、参考轨道对比和卫星激光测距(SLR)轨道检核四种方式评定轨道精度. 计算相位残差均方根(RMS)值,简化动力学轨道的RMS值在0.7～0.8 cm,运动学轨道的RMS值在0.50～0.55 cm;简化动力学轨道重叠部分径向RMS值达到0.32 cm,运动学轨道重叠部分径向RMS值达到1.12 cm;与国际DORIS服务(IDS)官方提供的参考轨道对比,简化动力学轨道径向精度达到1.47 cm,运动学轨道径向精度达到4.36 cm;利用SLR观测数据进行核验,简化动力学轨道精度整体优于2.1 cm,运动学轨道精度整体优于3.3 cm. 通过实验证明:Jason-3卫星的简化动力学轨道和运动学轨道的精度均达到cm级.      

北斗卫星精密轨道与钟差精度分析

针对北斗卫星导航系统的卫星姿态模型、天线相位中心改正及卫星定轨数据处理策略未统一的现状,该文对比分析了武汉大学和德国地学研究中心提供的北斗事后精密轨道和钟差产品的差异及精度,结合实测数据,通过分析精密单点定位的定位精度来比较两中心精密轨道和钟差的差异。实验结果表明:北斗卫星的精密轨道精度与轨道类型有关,地球静止轨道(GEO)卫星的轨道精度为米级,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道精度为分米级,中地球轨道(MEO)卫星切向、法向和径向的精度分别为10.81、5.41和3.37cm;GEO卫星钟差精度优于0.38ns,IGSO卫星钟差优于0.25ns,MEO卫星钟差优于0.15ns;两家分析中心产品的北斗静态精密单点定位的平面精度相当;北斗静态精密单点定位的RMS统计值平面精度优于3cm,三维精度优于7cm。