附有物理量和气象条件约束的光学卫星国土观测有效覆盖率评估

传统光学卫星国土观测覆盖评估建立在卫星对地理想覆盖的基础上,并未考虑卫星存储、星地数据传输、观测时长等物理量及观测区域气象因素对于覆盖性能的影响。本文针对光学遥感卫星的国土观测需求.建立国土观测有效覆盖能力评估指标体系,根据卫星数据存储能力、星地数据传输能力、卫星单圈最大观测时长、卫星观测太阳高度角等性能参数,提出了基于物理性能约束下的有效覆盖计算方法。根据气象台站历年气象数据,提出了气象约束因子的计算方法。综合考虑卫星物理性能约束与观测区域气象约束,计算光学遥感卫星对地观测有效覆盖能力。最后根据专家设计的光学遥感卫星国土观测有效覆盖能力评估指标权重,利用层次分析法(AHP)评估光学遥感卫星系统对于国土观测的需求满足程度。试验结果表明,本文方法对于国土观测有效覆盖的估算和评价结果更加精确,更接近于国土观测的实际应用需求,为对地观测有效覆盖能力评估提供了一种更为精确的可行方案。     

对地观测卫星的区域目标分割与优选问题研究

目前大多数国家的卫星任务调度系统都只考虑解决点目标的观测任务,只有美、法少数几个国家研究并解决了区域目标的分割与优选问题,但现有方法对星载传感器成像特性考虑得不够,时间窗口利用率较低,易导致任务完成期拖后。为满足国防支援、灾难监视、紧急搜救等时间紧迫的应用需求,本文以一颗载有线阵推扫式CCD相机的传输型地球资源卫星为例,研究了在相机具有侧摆和前后摆能力时对多个区域目标的观测问题。文章深入分析了目前国外在分割处理区域目标时所采用的方法,指出了这些方法的不足之处,通过改进现有分割方法,提出了一种新的基于目标特征与星载传感器性能特征的区域分割方法,并建立了面向多区域目标的优选问题数学模型。     

面向地灾应急的国产卫星观测能力分析

针对国产卫星系统在灾害应急观测任务中的覆盖能力并不完全明确的问题,对适用于地质灾害应急观测的国产卫星进行模拟仿真,利用网格点法从空间和时间两个维度对卫星的覆盖情况进行统计分析,深入研究国产卫星在应急响应、重复观测以及复合观测三方面的覆盖能力,并为灾后应急任务制定和我国灾害监测系统的发展提供建议。     

一种面向应急任务的天基传感器观测组合方法

根据应急任务的观测需求,确定了天基传感器在应急任务时的观测组合问题模型。从允许按需调整观测需求要素的权值角度出发,提出了一种面向应急任务的天基传感器观测组合评定方法,实现了对天基传感器观测组合的定量评定。实验结果表明,此方法用于天基传感器观测组合方案的优势程度选取是可行的。     

遥感卫星区域覆盖实时分析与可视化

空间对地观测需求的增长和任务的多样性导致卫星区域覆盖分析变得越来越复杂。当前的遥感卫星区域覆盖算法与应用无法提供实时响应和应对高并发请求的在线服务,并且分析结果不能做到实时可视化,增加了数据的认知难度。针对于此,本文结合流式处理技术,提出一种高效的遥感卫星区域覆盖实时分析方法与可视化服务。首先,采用一种多模式判断策略,实现遥感卫星区域覆盖相关参数的高效计算;然后,对持续流入的数据进行实时分块,实现数据实时处理;最后,结合流式处理技术,提供实时响应和可视化的在线服务。利用多星多地面区域数据进行试验验证,结果表明,本文方法在保证传感器任意指向下遥感卫星区域覆盖参数计算精度的同时,效率得到较大提升,并且能够及时高效地通过数据流的方式,实现分析结果的实时可视化。     

GNSS精密单点定位与惯性导航紧组合理论模型

针对精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)动态定位精度低、收敛速度慢等问题,本文采用PPP/INS紧组合系统来达到改善PPP动态定位性能的目的。本文对PPP/INS紧组合的观测方程、误差补偿模型、参数估计模型等进行详细推导。通过车载实验采集的卫星观测数据和不同等级的惯性数据,对动态PPP及PPP/INS紧组合的定位定姿性能进行分析,评估不同等级惯性传感器对PPP/INS紧组合定位精度和收敛速度的影响。实验结果表明:PPP/INS紧组合在北—东—高方向的位置RMS相对于PPP分别改善了70.2%、29.1%和16.8%,达到4.8 cm、12.3 cm和7.4 cm。在卫星跟踪条件良好时,惯性传感器性能对PPP/INS紧组合定位精度影响不大;而在卫星观测条件不足时,惯性传感器性能对PPP/INS紧组合定位精度影响明显。此外,仿真和恶劣条件下的数据结果表明,PPP/INS初始定位精度与收敛速度随惯性传感器性能提高而改善明显。     

遥感与地球系统科学

地球作为一个高度复杂的非线性系统,各圈层(大气、海洋、陆地、生物、冰雪圈、固体地球)尤其是人类活动等任何组成成份的变化,都会引起地球系统的变化。人类可持续发展面临的巨大科学挑战之一是认识人类赖以生存的、复杂变化的地球系统,认识地球系统如何变化及主要驱动因素,认识地球系统未来变化趋势及如何提高对全球变化的适应能力。卫星独特的全球覆盖和日尺度的观测改变了地球科学的研究方法,它强调所能探测到的多时空尺度上的物理动力过程,在全球范围应对气候变化、能源和环境挑战具有重要作用,揭开了地球系统多学科交叉的新纪元。以地球系统的视野,抓住驱动地球系统的关键循环过程(如能量、水、生物化学循环),是当前地球系统科学的发展趋势。地球系统科学(全球变化)研究需要长期稳定、准确性较高的卫星观测数据,以水循环为例,卫星遥感具备获取全球范围水循环关键参数能力,但是系统性综合观测能力不足,整体精确性受到综合化的可靠空间数据集的限制。目前中国正在积极研制发展新型水循环卫星WCOM(Water Cycle Observation Misssion),并寄希望以此为核心传感器发起全球分布式水循环观测星座系统,进一步提高中国在国际水循环观测与地球系统科学研究方面的话语权与领先能力。     

地表反射率数据库的构建及其应用

针对实现卫星对地观测的自适应多模态,需要根据先验判定卫星成像区域内地表覆盖类型及其反射率状况建立与太阳光照条件、地表覆盖类型、反射率相关的成像载荷积分时间、不同压缩比的成像参数设置模型,以选择最优的观测模式的问题,该文以中分辨率成像光谱仪(MERIS)地表反射率影像和GlobCover全球陆地覆盖分类图为数据源,建立了地表覆盖分类图及其反射率影像矢量化处理的技术流程,构建了以冰雪、沙漠、裸土、岩石、农作物、森林、草地、水体等不同地表覆盖类型及其在不同季节蓝、绿、红、近红外波段的地物反射率数据库。以此作为遥感卫星成像任务规划的技术支撑,构建自适应选择最优的观测模式,提升遥感图像的质量。     

无人机载低成本北斗/GPS实时定位精度分析

北斗卫星导航系统采用3种轨道类型卫星组成的混合星座,抗遮挡能力强,同时创新融合导航与通信能力,具备全球定位、导航、授时服务能力。利用小型无人机搭载低成本北斗/GPS芯片,设计并实现软硬件系统。通过实时回传的观测数据,采用GPS、北斗以及北斗/GPS组合三种定位模式,进行实时单点定位,并对各模式下的可见卫星数、空间几何精度衰减因子和定位精度进行分析与评估。实验表明：无人机载北斗/GPS组合定位,平均PDOP值为1.4,可见卫星数达32,实现了较优的观测几何构型,历元利用率高。北斗/GPS组合模式与RTK接收机获取的坐标比较,在E、N、U方向上定位偏差分别达到2.5 m、4.1 m和2.4 m。     

从对地观测卫星到对地观测脑

21世纪以来,高分辨率对地观测卫星快速发展,对地观测系统由最初的单星模式发展为现在的轻小型卫星组建星座,实现了全天时、全天候、全方位的对地精细化观测。未来将对地观测卫星星座与通信卫星、导航卫星和飞机等空间节点通过动态组网,建立天基空间信息网络,以实现智能化空天信息的实时服务。为了进一步增强系统的智能化水平,提高系统感知、认知能力和应急响应能力,本文提出未来空间信息网络环境下对地观测脑（earth observation brain,EOB）的概念,对地观测脑是基于事件感知的智能化对地观测系统。详细介绍了对地观测脑的概念模型及需要解决的关键技术,举例说明了对地观测脑初级阶段的感知、认知过程。将来对地观测脑可以回答何时（when）、何地（where）、何目标（what object）发生了何种变化（what change）,并在规定的时间（right time）和地点（right place）把这些正确的信息（right information）推送给需要的人（right people）的手机或其他智能终端,全球用户可实时获得所需的任何数据、信息和知识。     

面向星群的遥感影像智能服务关键问题EI北大核心CSCD

全天时、全天候和全球的遥感信息实时智能服务是对地观测系统建设的目标。近几年来,随着我国高分专项和商业卫星的发展,在轨卫星数量急剧增加,对地观测能力得到极大增强,使得传统的单星和星座卫星系统的运控、接收、处理和应用服务模式面临严峻挑战,亟须统筹规划卫星应用各环节资源,充分发挥多星协同优势,构建统一的遥感影像实时智能服务体系和系统。本文针对遥感星群卫星体系特点和对地观测用户需求特征,开展面向星群的遥感影像智能服务关键问题研究。提出了面向任务的全球多尺度语义描述网格,统筹全球动静态的任务语义描述,在此基础上重点分析了面向星群的自主任务管理、精准动态规划和协同智能处理等关键技术问题,形成集任务描述、任务管控、任务规划、在轨处理、终端分发一体化的星群智能服务技术体系。通过充分发挥星群协同的优势,结合在轨处理和人工智能技术来降低各环节时间延迟,提高数据处理精度,从而实现完全自动化和智能化的近实时星群智能服务,为对地观测的全天时、全天候快速高效智能服务奠定基础。     

GVIL：基于图优化的GNSS PPP/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法

高精度定位与导航服务在移动机器人、无人机与自动驾驶等新兴领域中发挥着至关重要的作用。视觉/惯性/激光雷达组合算法相较于视觉/惯性组合算法,可同时利用环境的空间结构与纹理信息以实现更为鲁棒的位姿估计结果,然而其在大尺度场景下仍存在误差累计问题。为此提出了一种全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）精密单点定位（precise point positioning,PPP）/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法。该算法首先通过4种传感器的联合初始化,实现了不同传感器空间基准的统一;然后,用双频无电离层组合后的GNSS伪距、相位观测值与视觉、惯性、激光雷达原始观测值共同构成误差因子;最后,通过基于关键帧与滑动窗口的因子图优化实现了全局位姿的精确、鲁棒估计。经车载实验验证,所提出的GNSS PPP/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法通过4种传感器在原始观测值层面的组合,可以显著提升系统在复杂环境下的位姿估计的精度、连续性与可靠性,实现无缝导航。     

对地观测技术最新进展评述

本文概括阐述了航天航空对地观测技术近两年的进展情况.特别重点分析了卫星遥感对地观测的全球变化研究任务、高分辨率卫星的商业化成功经验、机载传感器系统的突破性成就、无人机低空遥感的潜力、全球卫星导航系统面临的竞争局面、地理空间信息产业的宏伟前景等方面的发展形势.并且针对下一步发展中可能出现的问题,提出若干建议意见.     

GPS & Galileo相位组合观测值模型研究

在保持组合模糊度整周特性的前提下,探讨了不同卫星间的相位观测值组合问题,包括系统内和系统间卫星的相位观测值组合.重点研究了GPS与Galileo卫星的相位组合观测值模型,对组合观测值的误差影响进行了详细分析.最后通过大量的计算得出了若干具有良好特性的相位组合观测值,并给出了一种新的组合观测值选取标准.     

GPS＆Galileo相位组合观测值模型研究

在保持组合模糊度整周特性的前提下，探讨了不同卫星间的相位观测值组合问题，包括系统内和系统间卫星的相位观测值组合。重点研究了GPS与Galileo卫星的相位组合观测值模型，对组合观测值的误差影响进行了详细分析。最后通过大量的计算得出了若干具有良好特性的相位组合观测值，并给出了一种新的组合观测值选取标准。     

面向任务的高分辨率光学卫星遥感影像智能压缩方法

随着对地观测系统以及空间信息网络的快速发展,中国已经建成星地一体化的对地观测系统。高分辨率遥感影像数据从GB级转向TB级,轻小型智能遥感卫星有限的带宽容量和存储空间都严重限制了遥感信息的智能实时服务,由此提出了一种面向任务的智能压缩方法。首先,基于遥感影像的数据特点以及轻小型智能遥感卫星星地数传的瓶颈,分析了传统在轨压缩算法的局限性,论述了面向任务的高分辨率光学卫星遥感影像智能压缩处理的重要性;其次,提出了基于珞珈三号01星平台面向任务的智能压缩方法,通过星上高质量成像和高精度几何定位获取观测区域;然后,根据不同的任务需求,利用信息提取模型获取感兴趣目标/区域;最后,利用压缩模型对该区域进行自适应码率分配来实现高倍率压缩任务,并生成码流文件回传到地面。针对不同的任务需求,合理分配码率,可通过该方法有效实现遥感影像的高倍率智能压缩。     

利用广播星历确定BDS卫星飞行区域

针对北斗卫星导航系统(BDS)采用异构星座,其GEO、IGSO卫星飞行区域并非全球覆盖,传统监测站覆盖性能分析方法不宜直接应用以及导航卫星在轨运行时受到多种摄动影响,其实际运行区域与设计区域有别等问题,提出采用实测数据界定BDS导航卫星飞行区域的方法,并以BDS试验评估系统国内跟踪站网及GPS/BDS测试评估系统跟踪站网为例,分析了监测网的覆盖性能。实验证明本文提出的方法可较为合理、能够较准确地描述BDS地面跟踪站网的监测覆盖性能。     

缅甸毛淡棉地区高分一号卫星影像

正高分一号卫星是中国高分辨率对地观测系统的首发星,配置了2台2m分辨率全色和8m分辨率多光谱相机以及4台16m分辨率多光谱宽幅相机,具有高、中空间分辨率对地观测和大幅宽成像结合的特点,其2m分辨率全色和8m分辨率多光谱图像组合幅宽优于60km,16m分辨率多光谱图像组合幅宽优于800km,为国际同类卫星观测幅宽的最高水平,大幅提升了观测能力,对大尺度地表观测和环境监测具有独特优势。封面图片是高分     

对地观测小卫星的相位噪声分析与控制

结合传输型对地观测小卫星一体化设计的特点,介绍了一种用于对地观测小卫星系统的锁相接收机的构成及原理,并对系统的相位噪声性能进行了详尽的分析,提出了对其相位噪声进行技术控制的方法.通过文中的分析与研究,消除了由于对地观测小卫星相位噪声所引起的系统误码率的恶化,提高了系统的可靠性,为下一步对地观测小卫星的发展与应用打下了良好的技术基础.     

传感器观测服务的性能评估与方法

传感器观测服务是传感网的核心服务,用于管理和获取异构传感器的元数据和观测数据.在一定的硬件和软件条件下,评估传感器观测服务的性能有助于发挥传感网监测目标地物时的最优性能.本文以服务性能的响应时间为评估标准,提出了传感器观测服务性能的评估方法.此方法分别从不同的操作和软件配置等方面进行了响应时间的评估,分析出传感器观测服务中不同操作的性能特征,提高了传感器观测服务的设计与部署效率.