“嫦娥一号”卫星摄影测量综述

本文介绍了在“嫦娥一号”月球探测工程中,为实现对月球表面进行三维立体成像,获取月球三维影像图的科学目标,西安测绘研究所的科研人员所做的科学研究工作,阐述了“嫦娥一号”工程涉及到的摄影测量理论、技术和方法,展示了“嫦娥一号”卫星的摄影测量研究成果和月球影像的数据处理结果,提出了深入进行月球探测的建议,为读者了解我国探月卫星的摄影测量现状,提供基本参考。     

嫦娥一号立体影像的摄影测量内部精度估算

对嫦娥一号的摄影测量而言有两个层面,第一是我们承担地面模型快速反演任务,该成果关系到的是内部精度,此时摄影测量处理不需卫星提供外方位元素值,也无需月面控制点,具有快速反演的条件。第二是测绘月球地形图,属于月球坐标系内的成果,关系到的是绝对精度。本文着重对内部精度加以估算,主要用于评估工程方案的可行性。     

嫦娥一号立体影像的摄影测量内部精度估算

本文采用APOLLO影像模拟生成的嫦娥一号三线阵CCD影像及其卫星的轨道与姿态模拟参数,按等效框幅像片(EFP)法和自由外方位元素(FEO)法分别计算摄影测量坐标系内的外方位元素及模型点坐标,生成了数字高程模型(DEM)、等高线、正射影像及三维地形仿真影像,评估了从模拟月球三线阵CCD影像生成的摄影测量成果的预期精度。     

月球卫星三线阵CCD影像EFP光束法空中三角测量

本文对月球卫星摄影三线阵CCD影像的EFP(等效框幅相片)光束法空中三角测量作两种处理:一是与现行摄影测量常用的将平差转到切面坐标系进行,二是在摄影测量坐标系内,长航线自由网EFP光束法平差利用三线CCD推扫特点,在EFP平差中增加对前、后视影像的相机主距的附加改正项,用以补偿由于球面曲率产生的前、后视影像比例尺的差异,平差得到的是平面基准的地面坐标及外方位元素的平差值。前者计算,数学上严格,但长航线要适当分段为切面处理;后者计算数学上有近似性,可方便地用于估算卫星姿态变化率,或作地面模型的几何反演等实验研究。利用嫦娥一号获取的第一条航线,并给出相应的结果。     

“天绘一号”卫星工程建设与应用

概括“天绘一号”卫星工程的建设历程和卫星系统的使命任务;介绍了卫星系统和相机载荷的能力与技术参数;重点阐述了“天绘一号”卫星无地面控制条件下的摄影测量关键技术, 包括LMCCD相机体制、航天摄影测量相机参数在轨标定技术以及无地面控制点条件的三线阵EFP影像平差技术等的运用, 通过工程实践, 达到了工程技术指标要求;最后介绍数据应用情况, 提出“天绘一号”卫星的发展设想, 为了解“天绘一号”卫星工程提供了基本参考。     

《乾舆岁月——王任享院士文集》内容简介

正王任享,中国工程院院士,现任总参测绘研究所研究员,长期致力于我国卫星摄影测量的理论研究与工程实践。《乾舆岁月——王任享院士文集》是王任享研究员的部分论文选编,以卫星摄影测量所涉及的重要理论和关键技术为主线,首先介绍了无地面控制点条件下光束法平差、相机参数在轨标定及精度估算等内容,然后介绍了"嫦娥一号"摄影测量中的关键技术点,最后介绍了粗差定位、数字摄     

无地面控制点条件下卫星摄影测量的发展与现状

无地面控制点条件下, 卫星摄影测量研究与工程实践是世界各国在该领域中所面临的研究难点之一。本文介绍了在无地面控制条件下光学卫星摄影测量的研究发展和工程实践历程, 并对中国“天绘一号”卫星获取的影像实测结果进行分析, 结果表明, 中国在无地面控制条件下的卫星摄影测量研究与工程实践已居于国际领先地位。     

星体坐标系下卫星变形测量技术研究

针对卫星装配过程中的星体变形测量问题,采用双经纬仪系统通过准直测量建立星体坐标系,利用数字工业摄影测量系统获取测量点坐标。通过公共点转换将加装载荷前后的测量点坐标均转换至星体坐标系,实现了星体坐标系下的卫星变形测量。     

“天绘一号”卫星无地面控制点EFP多功能光束法平差

无地面控制点卫星摄影测量是实现全球测绘的有效手段。实现无地面控制点摄影测量主要途径包括:一是卫星姿态稳定度达到1×10^-6(°/s);二是高精度的姿态测定系统;三是摄影测量光束法平差处理。以往受制于技术等因素, 实现无地面控制点摄影测量只能依靠摄影测量光束法平差技术。“天绘一号”卫星研发了集相机在轨标定、全三线交会光束法平差、角元素低频误差补偿及偏流角效应改正为一体的EFP多功能光束法平差技术, 并通过“天绘一号”卫星影像数据对该技术进行了验证。实验结果表明:无地面控制点定位精度达到10.3 m/5.7 m(平面/高程), 满足测制1:5万比例尺地形图精度要求     

天绘一号03星无控定位精度改进策略

“全球连续覆盖模式”传输型摄影测量卫星系动态摄影,无控定位模式下难以达到框幅式像片定位水平.本文在天绘一号已有研究基础上,深化03星摄影测量无控定位精度改进模式的探讨研究.在相机参数在轨标定中增加对相机内方位元素的附加改正,解决相机结构宽高比(卫星条带摄影覆盖宽度与卫星轨道高度的比值)太小对主距标定结果的影响,进而削弱系统误差,提高卫星影像的平面定位精度.通过境外地区检测,无控定位精度达到高程2.4m (RMS),平面3.7m (RMS).检测结果表明,只依靠星上GNSS接收机、星敏感器,利用相机参数在境内标定结果,“全球连续覆盖模式”单航线卫星影像无控定位结果达到理论设计指标.     

“天绘一号”卫星在轨性能评估

“天绘一号”卫星是中国新一代传输型摄影测量卫星, 由航天东方红卫星有限公司基于CAST2000小卫星平台研制。01星于2010年8月发射成功, 02星于2012年5月发射成功。经过在轨测试, 两颗卫星性能指标均达到设计要求。本文介绍了“天绘一号”卫星在轨性能测试的结果, 为该卫星后续业务化应用提供宝贵数据。     

利用卫星三线阵CCD影像进行光束法平差的数字模拟实验研究

简要地叙述了利用三线阵ＣＣＤ影像生成用于光束法空中三角的等效框幅像点坐标的方法,并构成所谓“等效框幅像片”。从卫星摄影测量特点出发,光束法平差的数学模型除了经典的线性化共线方程外,还引用了外方位元素连续条件。以数字模拟的方法给出了几种不同情况下光束法航线平差的结果,进而对中分辨率卫星三线阵ＣＣＤ影像测制等高距为２０ｍ的地形图问题作了简要分析。     

“天绘一号”传输型摄影测量与遥感卫星

介绍了“天绘一号”卫星的总体方案、技术特点、研制历程和应用概况, 重点介绍了“天绘一号”卫星的技术特点和应用前景, 以便用户了解、熟悉“天绘一号”卫星, 更好使用其各种影像产品, 更好发挥卫星的应用效能。“天绘一号”卫星摄影定位与测图系统采用LMCCD(Line Matrix Charge Coupled Device)测绘体制, 由前视、正视和后视3台全色CCD相机, 3台星敏感器以及1台GPS接收机组成;其中正视相机焦平面上还设计有4个小面阵CCD器件, 用于提高摄影定位的高程精度。卫星摄影测量基高比为1。卫星通过一个高强度、高刚度和高稳定度的测绘光学平台, 将3台测绘相机、3台星敏感器和1台多光谱相机集成为一体, 满足了测绘任务对星敏感器与相机间几何角度关系的高精度及高稳定度要求。在轨测试结果表明, 卫星摄影定位精度优于任务指标要求, 可满足无地面控制点条件下测制全球1:50000比例尺地图要求。     

利用卫星三线阵CCD影像进行光束法平差的数字模拟实验研究

简要地叙述了利用三线阵ＣＣＤ影像生成用于光束法空中三角的等效框幅像点坐标的方法,并构成所谓“等效框幅像片（ＥＦＰ）”。从卫星摄影测量特点出发,光束法平差的数学模型除了经典的线性化共线方程外,还引用了外方位元素连续（平滑）条件。以数字模拟的方法给出了几种不同情况下光束法航线平差的结果,进而对中分辨率（１０ｍ）卫星三线阵ＣＣＤ影像测制等高距为２０ｍ的地形图问题作了简要分析。     

无地面控制点卫星摄影测量的技术难点

从OIS(Orbital Imaging System,建议)、ALOS(Advanced Land Observing Satellite,计划中)和IKONOS三个传输型摄影测量系统高程误差估算中看出,无地面控制点条件下,卫星摄影测量要达到高程误差σh≤CI(3.3(CI为成图规定的等高距),技术实现上难度很大,其中最关键的因素是外方位角元素 的量测精度,文中对削弱d 的影响之途径作了简要讨论,并认为LMCAED相机(线阵-面阵组合相机)摄影是最佳途径之一。     

嫦娥三号导航相机测图能力分析及地形重建

基于立体相机成像模型并结合相机参数对嫦娥三号导航相机3维测图能力进行分析,利用摄影测量原理和误差传播定律对巡视器30 m范围内的DEM精度进行了理论分析,推导出导航相机立体影像获得的采样点精度公式,并绘制了DEM的平面精度图和高程精度图;同时使用多线程技术开发了基于导航相机立体影像的地形快速重建算法,利用多线程技术完成影像的特征匹配和密集匹配,并通过分块内插生成DEM。该技术应用于嫦娥三号任务中,有力地支持了嫦娥三号遥操作路径规划相关任务。     

高分七号卫星在地形级实景三维建设中的应用研究

当前,以无人机航测、激光雷达、倾斜摄影及移动测量等方式获取的数据已广泛应用于实景三维中国建设工作。高分七号卫星影像数据作为我国首颗亚米级分辨率光学立体测图卫星,具有高分辨率、高精度等优势。本文通过分析评价不同控制模式下高分七号立体卫星影像区域网平差精度并开展地形数据生产关键技术研究,论证高分七号立体卫星影像在地形级实景三维建设中的可用性,为利用高分七号立体卫星影像开展地形数据生产提供技术方案及技术支撑。     

“天绘一号”卫星测绘相机在轨几何定标

卫星在空间环境运转过程中, 测绘相机的几何参数会发生不可预估的变化, 从而对摄影测量定位精度和数据处理精度产生影响。因此, 所有测绘卫星都对星载相机的几何参数进行在轨定标, 监测相机几何参数在轨运行状态下的变化情况。本文着重介绍了“天绘一号”卫星在轨几何定标的内容和采用的方法。     

嫦娥二号卫星日地拉格朗日L2点探测轨道定轨分析

嫦娥二号卫星于2011-06～2012-04实施拓展试验,运行在绕日地系L2点的Lissajous轨道上。拓展试验期间嫦娥二号卫星距离地球最远约1 700 000km,随着卫星与地球距离的增加,测轨数据的噪声水平也明显增加;另一方面,距离的增加使得飞行过程中动力学约束逐渐减弱,测轨几何可确定性变差,定轨计算的难度也相应提升。这两个因素对测控系统提出了更为严格的要求。描述了嫦娥二号卫星拓展试验期间的轨道计算情况并进行评估。分析表明,在当前的测控条件下,逃逸初期轨道计算的精度优于km级,速度精度优于1cm/s,而随着飞行距离的增加,轨道计算所需的测轨弧段也相应增加,在转移阶段后期,连续使用20d以上的测轨数据进行定轨计算,通过弧段搭接与轨道预报比较,内符合满足2km的精度水平。     

三线阵CCD摄影测量理论在月球探测中的应用

月球是目前世界各国进行深空探测的首选星球,月球探测卫星属于传输型卫星。本文利用三线阵CCD摄影测量理论对月球摄影测量处理进行了可行性分析,指出其关键技术并提出解决方案,最后通过模拟实验进行验证.研究结果表明:三线阵CCD摄影测量理论可以较好地解决我国月球探测中的某些难题,完全可以应用于月球摄影测量中。