北京一号数据检测渤海海洋锋

本文基于引力模型,对北京一号对地观测小卫星数据渤海区域进行海洋锋面检测。针对北京一号小卫星数据的特点,选择红波段作为实验波段,并选择渤海湾南岸水色锋和辽东湾东岸辐射沙脊两个实验区域。算法首先对数据进行线性拉伸,波段运算等预处理,突出锋面信息,其中,拉伸区间由图像直方图确定,接着应用引力模型对预处理后的数据进行锋面检测。实验结果表明,本文算法能够对两个实验区域的锋面进行检测,得到的锋面信息连续、突出,证明了算法的有效性;针对北京一号对地观测小卫星数据,本文算法相比于传统锋面检测算法,能够得到更加连续的锋面信息,并能较好抑制近岸泥沙对锋面检测的干扰。     

遥感25号无场化相对辐射定标

遥感25号是中国首颗高敏捷亚米级高分辨率光学遥感卫星。常规的偏航相对辐射定标利用卫星或相机偏航90°对地面均匀场进行成像,使得传感器所有探元获取相同的入瞳辐射亮度,实现卫星传感器的相对辐射定标。但拍摄单一地物均匀场并不能实现卫星传感器全动态范围的辐射定标,并降低了该方案的应用效率。本文针对中国遥感25号卫星,提出了不依赖于地面均匀场的无场化偏航辐射定标方法实现遥感25号的高精度高频次相对辐射定标;同时在偏航辐射定标数据处理中提出基于line segment detector(LSD)算法偏航定标数据规定化方法,确保偏航辐射定标图像每一行数据为传感器所有探元对同一地物的成像;采用传感器探元直方图规定化的方法实现遥感25号全动态范围相对辐射定标参数解算。利用遥感25号偏航辐射定标数据进行辐射定标试验并与传统在轨统计辐射定标进行对比,结果表明遥感25号经偏航辐射定标后所有探元平均条纹系数优于0.07%,图像上各种条纹条带噪声以及残余条带噪声得到较好去除,无场化偏航辐射定标方法优于传统在轨统计辐射定标方法。     

基于可展开式太阳漫反射板的星上相对辐射定标

相对辐射定标的目的是降低或消除由于探测元件之间响应差异引起的图像高频竖向条纹或条带噪声,是遥感数据定量化应用的前提与基础。针对可展开式太阳漫反射星上定标装置,本文提出利用漫反射板收拢过程一次成像的星上相对辐射定标方法。通过卫星机械结构驱动漫反射板收拢调整传感器入瞳处太阳入射能量,获取覆盖传感器全部灰度动态范围的星上定标图像,采用直方图匹配算法解算相对辐射定标系数。为了验证本文提出的方法,利用在轨运行的吉林一号光谱星多光谱仪进行星上相对辐射定标实验,测试定标系数对原始图像的校正效果并定量分析相对辐射定标精度,实验结果表明定标系数能够有效消除全色与多光谱谱段地物原始图像的竖向高频条纹与条带噪声,定量分析的结果表明本文提出的方法在传感器灰度响应的全动态范围均能达到较好的校正效果,谱段相对辐射定标精度优于2%,为卫星在轨运行期间进行定量化遥感应用提供可靠保障。     

空间碎片探测卫星成像CCD的在轨辐射效应分析

电荷耦合器件(CCD)是卫星应用的主流成像器件,其受空间辐射环境影响易产生辐射效应,导致卫星成像性能退化,因此CCD的在轨辐射效应分析对卫星在轨风险评估、在轨维护具有重要意义。针对空间碎片探测试验卫星成像CCD在轨出现的辐射效应,通过在轨图像数据计算,对辐射作用于CCD导致的瞬时效应、热像素、电离总剂量效应和位移损伤进行了估算。分析认为瞬时效应主要源于南大西洋异常区内高能质子入射器件导致的瞬间电离作用;热像素源于质子辐射导致的单个像素位移损伤,且数量随着在轨时间的累积不断增加,与瞬时效应无明显的相关性;在轨初期累积的电离总剂量效应和位移损伤并不突出;热像素是影响探测器光电探测性能的主要问题,在较低粒子注量时就比较显著。上述工作为卫星在轨风险评估与运行管理收集了数据依据,并初步形成了针对在轨运行光电探测载荷辐射效应分析方法,可为天基目标探测卫星成像器件的在轨辐射效应分析、抗辐射设计提供参考。     

基于ERDAS的掩模图像生成方法探讨

同时存在多种地物干扰影响时,如何利用遥感软件ERDAS的可视化编程Modeler模块生成符合某种条件的二值掩模图像及多值掩模图像,在以往文献中很少有介绍,但这项技术的确是去除干扰信息及提取有用信息的关键一步.针对此问题,探讨了基于该模块生成二值和多值掩模图像的方法;将生成的多值掩模图像应用于卫星遥感图像处理,得到无干扰信息的遥感图像;并在此基础上用主成分分析法提取遥感铁染蚀变信息及羟基蚀变信息.结果表明:利用此方法生成的多值掩模图像应用于卫星遥感图像处理,可有效去除干扰信息,剔除假异常信息,为遥感蚀变信息提取提供高质量的基础数据.     

一种基于图像统计量的相对辐射纠正算法

线阵推扫式传感器，由于在信号传输和转换以及量化过程中产生的奇偶效应，和不同CCD探元的响应差异，导致原始图像出现明显的纵向条纹，相对辐射纠正的目的就是降低或者消除这些影响，以恢复图像原始信息。针对宽幅线阵推扫式传感器的特点，提出了一种基于图像自身统计量的相对辐射纠正算法——相邻列均衡法，消除了原始图像中明显的纵向条带效应。和常规的基于图像统计量的相对辐射纠正算法相比，这种算法的特点在于求解相对辐射定标系数时不依赖于均匀场景，并在处理北京一号小卫星图像中得到了验证。     

“天绘一号”卫星在轨辐射定标方法

在轨辐射定标包括相对辐射定标和绝对辐射定标, 它是提高遥感数据定量化精度的关键步骤和重要方法。本文阐述了基于均匀场地分区综合的相对辐射定标方法、基于反照率的绝对辐射定标方法及其基本原理, 并首次将其应用于“天绘一号”卫星上的高分辨、多光谱和三线阵相机的辐射定标中。研究结果表明, 相对辐射定标过程去除了卫星图像的条带噪声, 且保存了图像细节;然后, 使用反照率基法, 通过在敦煌场地铺设灰阶靶标, 测量卫星过顶时的地物目标反射率光谱和大气信息, 对“天绘一号”卫星传感器进行了绝对辐射定标;最后, 使用辐射定标结果来反演地物反射率, 与实测的地物反射率相比误差小于5%, 验证了在轨辐射定标系数的有效性。     

海洋一号D卫星海岸带成像仪偏航90°相对辐射定标

海洋一号D (HY-1D)卫星搭载了一台海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager),由两台三反离轴相机组成,成像仪同时采用了视场拼接和光学拼接两种拼接方式。由于CZI高达63°的视场角,相机边缘畸变明显,其所成偏航90°影像存在明显的非线性畸变。本文针对HY-1D卫星海岸带成像仪的结构特点,提出了一种基于探元邻接关系的偏航数据自动标准化方法,有效地改善了海洋一号海岸带成像仪偏航图像非线性畸变的问题,保证了线阵电荷耦合器件CCD (Charged Coupled Device)探元对同一地物成像的理论前提。利用HY-1D海岸带成像仪偏航90°辐射定标数据计算获得相机相对辐射定标系数,对卫星正常推扫影像进行相对辐射定标实验,并利用在轨统计法进行对比实验。使用本文方法利用偏航辐射定标数据进行相对辐射定标后,陆地场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.33%,平均条纹系数优于0.04%,中位数条纹系数优于0.03%;海洋场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.48%,平均条纹系数优于0.07%,中位数条纹系数优于0.06%,各项指标均优于基于大量数据统计的在轨统计法。实验结...     

HJ-1B 热红外波段在轨绝对辐射定标

针对HJ-1B 红外相机(IRS)热红外通道特点, 利用青海湖辐射校正场进行HJ-1B 热红外绝对辐射定标, 提 出新的场地定标算法, 并通过实测数据和Landsat5-TM数据对不同定标系数进行真实性检验分析, 发现该场地定标 算法获得的系数比原始系数精度提高约0.6%—3%, 总体精度为1K 左右。研究结果表明文章提出的定标算法适用 于不具备观测冷空间能力的卫星传感器在轨绝对辐射定标, 得到的定标系数合理可靠。     

改进的迭代EKF算法在伪卫星定位中的应用

首先,针对伪卫星导航系统距离用户较近的特点,对伪卫星定位系统非线性观测方程的线性化进行了误差分析,指出伪卫星数据处理顾及线性化误差影响的必要性。其次,针对迭代EKF(IEKF)算法受观测信息影响较大的问题,基于观测信息等价协方差矩阵原理给出了一种改进的IEKF算法。最后,利用仿真数据验证了改进的迭代EKF算法能够较好地抑制观测信息异常对滤波解的影响。     

大孔径静态干涉成像光谱仪图像的条纹消除与配准

大孔径静态干涉成像光谱仪获取的图像是叠加了干涉信息的二维图像,点干涉图的获取需要经过全视场的推扫,平台姿态误差会导致提取的干涉图存在误差,进而影响复原光谱准确性,因此,图像配准是干涉图提取的关键。由于图像受到干涉调制作用,导致传统的图像配准方法在应用于LASIS图像配准时配准精度有限。为了减弱干涉条纹对图像配准的影响,本文提出一种利用条纹模板消除LASIS图像条纹,再结合图像频域配准的方法实现LASIS图像的高精度配准。配准结果表明,本方法很好地消除了干涉条纹对配准精度的影响,配准精度可以达到0.029 4个像素,相对于已开展的LASIS图像配准方法,沿轨方向配准精度提高了45.48%,跨轨方向配准精度提高了52.22%,图像旋转精度提高了39.13%。     

星载SAR卫星轨道状态向量确定理论与应用

简要介绍星载SAR轨道特点以及轨道状态向量确定方法,利用Gamma软件获得一景SAR影像的粗轨和精轨数据,并在Matlab下用多项式拟合方法实现数据拟合,并给出拟合品质的好坏,表明DEOS提供的精密轨道数据对干涉处理具有较好的效果。     

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。     

GF-4序列图像的云自动检测

以高分四号(GF-4)卫星L1级标准分幅数据产品提供高精度的云检测产品为目的,研究针对地球同步轨道卫星数据的云检测算法,改进自动阈值以适应同日不同时刻成像数据的辐射亮度与地表反射特性的变化差异。利用GF-4卫星凝视成像方式获取的同区域序列图像以及云在不同图像上的运动特性,结合自动阈值与SavitzkyGolay(SG)滤波修正检测结果中的误检。算法的两个关键预处理,一是通过自动的几何配准解决未经几何校正的分幅数据之间像素位置对应的问题,二是通过基于典型相关变换自动提取序列图像之间的伪不变特征点集,进而利用相对辐射归一减小了不同时刻成像数据之间的辐射差异。通过内蒙古自治区东部及长江中下游区域70余组数据对算法进行验证,整体上获得了稳定的结果与精度,并且基于序列图像的云检测算法在云边界、高亮地表及薄云区域的检测精度整体优于单幅自动阈值的检测结果。结果表明算法精度上满足GF-4云检测数据产品需求,且算法自动化程度高,便于工程化的数据生产。     

面向星载CMOS相机的超时相工作方式研究

随着星载面阵CMOS探测器的广泛使用,使得获取超时相数据成为可能,这为新型对地遥感工作模式带来新的发展机遇。本文不再局限于采用单一技术解决单一技术指标的传统解决问题的方式,系统性地提出一种面向星载面阵CMOS相机的新型成像方式,利用面阵CMOS相机连续快速曝光在极短的时间内获取同一观测区域的超时相序列数据,通过图像重建的方式,实现一揽子的图像质量提升,即同时实现虚拟数字时间延迟积分TDI（Time Delay Integration）、调制传输函数MTF（Modulation Transfer Function）补偿和空间分辨率GSD（Ground Sampling Distance）提升。这种新型成像方式的优点是,可以改善星载光学相机是探测器受限系统的窘境,进而在不改变光学系统的情况下,通过求解一个病态方程,实现对地遥感图像空间分辨率与成像质量的综合提升。基于实验室的靶标仿真实验数据、基于低轨光学遥感卫星OVS-1A、吉林一号视频03卫星和高分四号卫星的真实数据实验结果表明,无论是信噪比,图像清晰度还是空间分辨率都有明显提升。这种新型成像方式已被中国后续某地球同步轨道光学成像卫星所采用,可以预见的是,这种成像方式不仅可以使得在轨卫星发布更高分辨率与更好图像质量的产品,盘活在轨卫星的探测资源;在实现同样空间分辨率与图像质量的前提下,可以有效降低光学相机载荷的体积与重量,进而可以有效降低未来光学卫星的研制成本。     

一种直方图匹配和线性空间滤波相结合的条带噪声去除方法

航天和航空遥感图像中,普遍存在着条带噪声(stripe noise),任何使用多个探测元进行获取图像的遥感器图像数据中均存在条带噪声。本文针对CBERS-02星图像中的两类条带噪声:探测元间条带噪声和横向随机条带噪声,提出了一种直方图匹配和线性空间滤波相结合的去条带噪声方法。其中直方图匹配用于去除探测元间的条带噪声,线性空间滤波用于消除横向随机条带噪声。实验结果表明,该方法能有效去除CBERS-02星影像中的条带噪声,并且能很好地保证图像质量。最后,从定性和定量两个方面进一步说明了该方法的有效性。     

Swarm卫星天线相位中心校正及其对精密定轨的影响

接收机天线相位中心偏差是星载GPS精密定轨必须考虑的误差源,而PCV一般需要多天观测数据进行联合估计,其估计方法及效率显得尤为重要。本文针对传统PCV综合方法计算效率较低、需要存储多天的法方程以及先验信息等问题,提出了一种改进的PCV综合方法。该方法通过递推的方式,既不需要存储多天的法方程及先验信息,又能够及时提供PCV信息,进而提高了PCV值获取的效率,为实现Swarm卫星PCV的快速求解提供了一种新的途径。最后,利用星载GPS数据进行了Swarm卫星精密定轨。试验结果表明:采用改进的PCV综合方法,能够提高PCV综合效率,降低所需存储空间;通过与外部精密轨道比较表明,进行PCV改正后,Swarm卫星的径向、切向和法向定轨精度均有不同程度的提高,尤其是对法向精度改善最为明显,平均提高约23.3mm;进行PCV改正后,Swarm卫星各个方向的定轨精度均优于2cm。     

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。     

CODE’s five-system orbit and clock solution—the challenges of multi-GNSS data analysis

This article describes the processing strategy and the validation results of CODE’s MGEX (COM) orbit and satellite clock solution, including the satellite systems GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, and QZSS. The validation with orbit misclosures and SLR residuals shows that the orbits of the new systems Galileo, BeiDou, and QZSS are affected by modelling deficiencies with impact on the orbit scale (e.g., antenna calibration, Earth albedo, and transmitter antenna thrust). Another weakness is the attitude and solar radiation pressure (SRP) modelling of satellites moving in the orbit normal mode—which is not yet correctly considered in the COM solution. Due to these issues, we consider the current state COM solution as preliminary. We, however, use the long-time series of COM products for identifying the challenges and for the assessment of model-improvements. The latter is demonstrated on the example of the solar radiation pressure (SRP) model, which has been replaced by a more generalized model. The SLR validation shows that the new SRP model significantly improves the orbit determination of Galileo and QZSS satellites at times when the satellite’s attitude is maintained by yaw-steering. The impact of this orbit improvement is also visible in the estimated satellite clocks—demonstrating the potential use of the new generation satellite clocks for orbit validation. Finally, we point out further challenges and open issues affecting multi-GNSS data processing that deserves dedicated studies.     

计算测高卫星地面轨迹交叉点的快速数值算法

计算交叉点是卫星测高数据处理中的重要基础性工作。扩展了交叉点存在的判断条件,可用于判断任意两条卫星地面轨迹是否有交叉点。提出了一种快速计算交叉点的数值算法--矩形收缩算法。采用一个周期的Topex/Poseidon（T/P）卫星模拟轨道和一条海洋二号（HY-2）卫星实际轨迹设计了两个算例,以验证算法的精度和效率。结果表明矩形收缩法可以快速、高精度地计算出全部交叉点。以Envisat数据为例验证了算法计算近极轨道两极交叉点的适用性。该方法不仅可以计算单一卫星轨迹的交叉点,也可计算两个不同倾角卫星的轨迹交叉点,具有很强的通用性。