天绘二号卫星工程设计与实现

天绘二号卫星系统是我国首个基于干涉合成孔径雷达技术的微波测绘卫星系统,也是我国第1个近距离编队卫星系统,是国际上继德国TanDEM-X系统后的第2个微波干涉测绘卫星系统,并在国际上首次提出了通过设计双频成像解决干涉相位绝对模糊问题的方法,彻底摆脱了对地面控制数据的依赖。该系统工作于X频段,设计分辨率为3 m,处于500 km的太阳同步轨道,由两颗对等的卫星组成,采用异轨道面卫星编队、一发双收雷达收发模式的技术体制,可以快速测制全球数字表面模型和雷达正射影像。本文通过对干涉基线体制、卫星编队构型及雷达收发模式的选择,提出了天绘二号卫星技术体制;并从系统任务、主要性能及组成3个方面进行了工程设计;从总体论证、关键技术攻关及验证、型号研制3个阶段阐述了工程实现情况;最后介绍了卫星系统在轨测试验证情况。测试结果表明,所有指标达到了工程设计要求,产品精度与TanDEM-X系统相当,满足1∶5万比例尺测图精度要求,从而验证了天绘二号卫星工程设计思路正确,工程实现的方法合理可行。     

天绘二号卫星工程设计与实现

天绘二号卫星系统是我国首个基于干涉合成孔径雷达技术的微波测绘卫星系统,也是我国第1个近距离编队卫星系统,是国际上继德国TanDEM-X系统后的第2个微波干涉测绘卫星系统,并在国际上首次提出了通过设计双频成像解决干涉相位绝对模糊问题的方法,彻底摆脱了对地面控制数据的依赖。该系统工作于X频段,设计分辨率为3 m,处于500 km的太阳同步轨道,由两颗对等的卫星组成,采用异轨道面卫星编队、一发双收雷达收发模式的技术体制,可以快速测制全球数字表面模型和雷达正射影像。本文通过对干涉基线体制、卫星编队构型及雷达收发模式的选择,提出了天绘二号卫星技术体制;并从系统任务、主要性能及组成3个方面进行了工程设计;从总体论证、关键技术攻关及验证、型号研制3个阶段阐述了工程实现情况;最后介绍了卫星系统在轨测试验证情况。测试结果表明,所有指标达到了工程设计要求,产品精度与TanDEM-X系统相当,满足1：5万比例尺测图精度要求,从而验证了天绘二号卫星工程设计思路正确,工程实现的方法合理可行。     

天绘二号数据存储管理分系统的研究与设计

基于天绘二号微波测绘卫星的总体设计和地面应用系统的建设发展,以卫星影像成果数据的存储、管理和备份恢复提取为目的,研究并设计了数据存储管理分系统。首先着眼于各类数据的存储、管理和维护需求进行分系统的功能子系统设计;再以功能设计为基础,进行体系架构、工作流程和接口关系等软件设计;然后从存储能力、归档能力和元数据索引等方面进行分系统的性能指标设计;最后从实际运行状况方面分析了分系统的整体应用性能。结果表明,该分系统的设计切实可行。     

海洋二号卫星高度计有效波高的验证与校准

本文选取与海洋二号(HY-2)卫星高度计同步的Jason-1和Jason-2有效波高数据以及同步的浮标数据对HY-2卫星高度计观测的结果进行验证,结果表明HY-2观测的有效波高存在0.3—0.4 m的误差;通过HY-2数据和同步的浮标数据的拟合得到HY-2数据的校准关系式,并比较校准后的HY-2有效波高数据与Jason-1和Jason-2数据,表明校准后的HY-2数据能够更好地反映海面的真实状况。     

我国重力卫星、海洋二号卫星任务与大地测量基准框架之间的互动关系

本文讨论地面大地测量基准框架在我国重力卫星、海洋二号卫星任务的设计、初始化、任务维持、质量控制等方面的作用,以及这两个卫星任务的实施对完善我国大地测量基准框架的作用。并从重力场和海洋环流探测的角度,分析了重力卫星与海洋测高卫星的互补关系。最后,简单介绍了大地测量理论和方法在提高卫星任务总体性能和任务过程质量控制中的作用。     

基线抖动对干涉SAR 相位的影响

提出并分析了基线抖动造成的干涉SAR 相位误差模型。基于干涉SAR 基线抖动模型, 分为水平抖动和 垂直抖动, 推导了存在基线抖动情况下辅天线复图像信号模型及基线抖动带来的干涉相位误差公式, 分析了基线 抖动对成像质量和干涉相位的影响, 针对SRTM 系统进行了计算机仿真。通过基于基线抖动的干涉SAR 原始回波 数据计算, 仿真了点目标和面目标场景的回波信号, 并进行成像得到了复图像和干涉条纹, 仿真结果验证了理论分 析的正确性。     

全极化干涉SAR散射功率的非监督分类方法

本文首先通过分析全极化干涉SAR条件下的散射机理,分别计算出来自地表层和植被层的散射功率,并进一步通过确定像素在功率平面上的位置来区分目标,实现对地物的分类。在此基础上,为了充分利用H/α非监督分类结果的有用信息,对基于H/α分类和基于散射功率分类得到的分类集进行组合,并通过复Wishart迭代分类方法进行聚类,得到最终的SAR图像分类结果。本文详细阐述了该方法的原理和实施步骤,并对SIR-C/X-SAR的L波段实际全极化干涉数据进行分类实验,可知该算法无论在分类精确度上还是在迭代速度上,都有较高的性能。     

基于Faster R-CNN的卫星SAR图像南海海洋内波自动检测

海洋内波广泛存在于世界各大洋和边缘海中,在海洋能量串级中扮演着重要角色,在海洋资源开发、海洋工程建设和海洋军事活动等方面均具有重要学术价值与实际意义。海洋内波在合成孔径雷达SAR (Synthetic Aperture Radar)图像上呈现出亮暗相间的条纹状特征。本文利用2001年—2020年南海海域包含不同微波波段(C、L、X)、不同极化方式、不同空间分辨率的631幅星载SAR图像,构建了5480个SAR图像南海海洋内波样本,结合Faster R-CNN框架,利用迁移学习的方法,实现SAR图像上的海洋内波自动检测。模型识别准确率达到95.7%,召回率为92.3%,在准确率较高的同时还能保持较低的虚警率。该算法的建立使得基于海量卫星SAR数据检出海洋内波成为可能,从而为针对性地开展内波动力参数反演和过程研究提供了技术和数据基础。     

机载SAR遥感测图技术及应用

合成孔径雷达(SAR)遥感不同于光学遥感的特点使得其在特定场合的应用有着独特的优势和应用潜力。该文系统介绍了中国测绘科学研究院近10年来在雷达测图数据获取、处理系统建设和雷达测图关键技术研究等方面的代表性成果,包括机载多波段多极化SAR测图系统、X波段双天线极化干涉SAR系统、微小型全极化MiniSAR系统等。针对机载SAR硬件系统的集成和测图软件系统开发中的难点问题和关键技术问题以及创新成果进行了重点阐述,对成果的主要应用进行了简要介绍。该文是对SAR测图课题组多年来研究成果的一个系统总结,也是对SAR遥感测图技术今后的研发重点的展望。     

“一带一路”沿线港口城市天宫二号多光谱影像数据集

港口城市在“一带一路”建设中具有重要地位和作用,遥感影像数据可以为港口城市的动态监测提供有效的信息支撑。天宫二号空间实验室搭载的宽波段成像仪是新一代中分辨率成像光谱仪,具有谱段宽、视场大等特点,在可见近红外、短波红外、热红外谱段共设置有18个通道,空间分辨率分别为100 m、200 m和400 m,自2016-09—2019-07获取了大量的对地观测多光谱影像数据。本文面向 “一带一路”沿线的25个港口城市,从天宫二号宽波段成像仪获取的多光谱数据中挑选出58组不同时间获取的高质量影像,经过预处理、辐射校正、几何校正等处理和数据质量控制,构建了“一带一路”沿线港口城市专题影像数据集,并对该数据集的应用价值和潜力进行了分析。结果表明该数据集可以为“一带一路”沿线港口城市及其周边区域资源环境遥感监测提供重要信息支撑,在港口城市相关的中大尺度场景分类识别方面具有较大应用价值。     

一种适用于SAR图像边缘检测的序贯算法

提出了一种用于检测SAR图像上阶跃性边缘的序贯算法。由于SAR图像上存在大量的光斑噪声而使图像质量受到严重影响，而光斑噪声属于乘性噪声，不服从高斯分布，因此常用的图像处理方法难以取得好的效果。文中首先根据光斑噪声模型，自动确定图像中高反差部分，然后采用具有高抗噪性能的边缘检测算子，进行边缘提取。实验证明该算法明显提高了特征提取速度，同时具备良好的抗噪声能力。     

多尺度分割优化的SAR变化检测

基于SAR图像的变化检测和尺度有较强的相关性,提出了一种联合变化前后的两幅SAR图像进行多尺度分割的方法,在分割的图斑基础上采用了交叉熵计算图斑之间的差异程度。根据多个尺度分割的斑块计算系列差异指数,采用多尺度优化的方法得到最佳差异指数,最终实现变化区域的提取。通过对SAR图像的实验处理,说明了在多尺度联合分割的基础上进行变化检测可以得到较好的检测效果。     

胶东地区的星载SAR地质探测

本文总结了星载合成孔径雷达在胶东地区地质应用中取得的一些具有重要意义的研究成果及图像处理分析结果。利用ＥＲＳ－１ＳＡＲ和ＪＥＲＳ－１ＳＡＲ图像在胶东地区发现了东西向韧性剪切带，其中以东尹－西林剪切带最为典型，该方向的构造运动对于胶东金矿区的金元素富集起到了重要作用；在图像分析、结合野外调查和实验室观察的基础上，提出了唐家泊影像异常为陨击遗迹的假说。为满足地质应用研究的需要，还研制了噪声抑制、多统计量纹理分析及图像处理分析方法。本研究表明，星载合成孔径雷达在胶东地区的地质应用中发挥了积极作用，是个十分有效的地质探测工具。     

局部统计活动轮廓模型的SAR图像海岸线检测

首次将局部统计活动轮廓模型引入SAR图像海岸线检测问题中,提出了一种基于局部统计活动轮廓模型的SAR 图像海岸线检测方法。首先利用C-V模型进行粗分割,消除局部统计活动轮廓模型对初始轮廓线设置要求严格的限制,然后提出了一种基于G⁰分布的局部统计活动轮廓模型,进行精细分割。该模型采用G⁰分布对轮廓线上每一点的邻域进行统计建模,增强了模型数据拟合能力,提高了海岸线检测精度,加入水平集函数惩罚项,消除了重新初始化过程。实测SAR图像实验表明,本文方法可用于精确海岸线检测。     

星载SAR图像船舶及航迹检测

研究了星载SAR图像中船舶目标及其航迹的检测提取方法。通过扩展分形特征检测船舶目标,在目标周围运用局部Radon变换检测航迹。实验结果表明,本文方法对于静止和运动船舶目标的检测都具有较强的鲁棒性。