基于数字实验场的国产测绘卫星影像定位精度评估及优化

提出了一种基于数字实验场的国产测绘卫星影像定位精度评估及优化方法。该方法利用超高分辨率遥感卫星影像及其测绘产品,在境外等无地面控制区域建立可满足国产测绘卫星全球定位评估验证需求的数字化实验场;以实验场控制基准为基础,通过构建国产测绘卫星影像的几何定位模型和精度优化模型,实现国产测绘卫星影像的定位精度评估及优化。利用天绘一号、资源三号卫星影像数据进行了实验和分析,结果表明:该方法能够在无地面控制区域对国产测绘卫星影像定位精度进行有效评估;并通过对系统误差进行补偿,显著提升影像定位精度。     

“天绘一号”卫星地面应用系统设计与实现

介绍了“天绘一号”卫星地面应用系统在中国航天测绘装备建设中的地位和作用, 重点介绍了“天绘一号”卫星地面应用系统的功能、组成、工作流程和产品设计, 以及系统的技术特点、实际运行情况以及测绘能力, 展示了数据处理成果, 为了解天绘卫星工程建设情况, 提供基本参考。     

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。     

关于卫星遥感影像时间分辨率的解析

通过解释概念及计算,理清了时间分辨率与运行周期、重复周期和重访周期的关系。结果表明:从概念上看时间分辨率与重访周期一致。对于静止轨道卫星,对固定区域进行连续观测,具有较高的时间分辨率。对于太阳同步轨道卫星,一般重访周期等于重复周期;若卫星具有侧视能力,或影像刈宽远大于轨道间隔,或卫星组网,重访周期小于重复周期,提高了时间分辨率。     

卫星摄影姿态测定系统低频误差补偿

姿态测定系统不仅存在高频误差,还存在与卫星轨道纬度及时间有关的低频误差,严重影响无地面控制点测量精度。本文分析了产生低频误差的因素及相关解决措施,并在天绘一号(TH-1)卫星工程中,利用光束法平差实现低频误差的自动检测与补偿处理,消除低频误差对定位精度的影响,最后进行了试验验证。试验结果表明:低频误差补偿技术,很好地解决了无地面控制定位系统误差问题,为实现天绘一号卫星全球定位精度的一致性发挥了重要作用。     

“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。     

天绘一号卫星图像处理方法及应用研究

天绘一号卫星和资源三号卫星具备提供实时、大范围、经济、高分辨率的遥感卫星影像能力,有效解决了国家1∶50 000数据库动态更新工程覆盖区域大、更新周期短、现势性要求高等问题,为国家基础测绘节约了大量资金。本文对天绘一号卫星图像处理方法及应用进行了相关探讨。     

天绘一号03星定位精度初步评估

天绘一号卫星是我国第一颗传输型立体测绘卫星,主要用于无地面控制点条件下高精度定位及1∶5万比例尺地形图测绘。01、02星分别于2010年8月24日及2012年5月6日成功发射,03星于2015年11月26日发射,目前3颗星在轨正常运行。01星定位精度经过系统检测后,定位精度为10.3 m/5.7 m(平面/高程),02星定位精度与01星精度相当。本文首先简要介绍了天绘一号卫星的总体概况及其地面处理系统中的关键技术,重点对03星的无控定位精度进行初步试验评估。通过国内外3条航线的试验发现,03星较02星精度有较大提高,在无地面控制点条件下可实现平面7.2 m、高程2.6 m的定位精度。     

TL1卫星对中国北斗二代一期MEO卫星的覆盖性仿真

通过STK软件包对＂天链一号＂（TL1）卫星及4颗中地球轨道（MEO）卫星的轨道进行了仿真模拟,进而对TL1卫星对MEO卫星的覆盖情况进行了仿真。仿真结果表明：TL1卫星对4颗MEO卫星没法实现全天区覆盖。盲区出现在南、北美洲以西的东太平洋上空,经度范围-81°～-125°,纬度范围-22～22°.在制定相关的中继方案时,需要避免,当MEO飞经上述区域时,开展TL1卫星对MEO卫星的数据传输或信息交换。     

我国成功发射“天绘一号02星”

正我国在酒泉卫星发射中心用"长征二号丁"运载火箭,成功发射"天绘一号02星",卫星顺利进入预定轨道。"天绘一号02星"由中国航天科技集团公司所属航天东方红卫星有限公司研制,主要用于科学研究、国土资源普查、地图测绘等诸多领域的科学试验任务。卫星获取的遥感信     

一种基于局部激光高速节点骨干网络的星间链路拓扑规划与仿真优化方法

激光星间链路具有传输容量大和传输速率高等技术特点,具有激光星间链路功能的卫星节点可以在激光-微波混合星间链路网络中作为高速骨干网节点. 如何部署这些高速节点,使得构建的卫星网络拓扑达到最优目标,是星间链路由微波到激光过渡发展中的一个研究重点. 以包括24颗中圆地球轨道（MEO）、3颗地球同步轨道（GEO）和3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星的导航卫星星座为应用场景,在高速节点数量固定的条件下,综合几何可视性、星间距离和工程约束等约束条件, 以卫星网络接入节点到目的节点的平均端到端时延最小为优化目标,建立数学模型,提出一种基于多源最短路径策略的混合星间链路网络高速节点选取算法,求解局部激光高速节点骨干网络的最优拓扑结构. 仿真结果表明:本文算法得到的局部激光高速节点骨干网络拓扑结构能使整网传输时延更小,通信性能更佳.      

轨道摄动影响GNSS卫星可见性的分析研究

针对GNSS卫星轨道数据受到摄动力的影响产生偏差的现象,研究轨道扰动对卫星可见性的影响．借助STK(Satellite Toolkit)仿真软件,结合TowBoday、J2、J4和HPOP四种轨道预报模型对卫星轨道进行仿真研究;选取TowBoday、J2和HPOP三种模型对星座系统仿真,生成地面测控站对星座卫星的可见性分析报告．仿真结果表明:摄动力会对卫星轨道产生扰动;引入摄动力的轨道方程能解算出更为准确的轨道根数;HPOP模型能更为精确地进行卫星轨道的预报,在该模型下,纬度和经度方向上的最大误差分别为0.076°和0.115°,径向方向上高度最大误差为3.226 km;卫星轨道的扰动对卫星可见性产生一定的影响,最大误差为9.913 s.      

顾及星座稳定性及综合成本的低轨导航星座优化设计方法

利用低轨道地球卫星(LEO)进行导航增强首先需要设计低轨星座,在进行星座构型设计时,星座的稳定性及综合成本是需要考虑的两个重要因素,本文提出了顾及星座稳定性及综合成本进行低轨导航星座优化设计的方法.首先,利用遗传算法对铱星星座进行了优化,优化后的铱星星座与未优化前星座相比较,全球可见卫星数均值由2.3颗增至2.9颗,可见卫星数标准差由2.3降至0.7,综合成本因子由5.3降至4.5,证明了本方法的有效性.然后以Walker星座作为基本构型,在保证低轨混合星座稳定性的基础上,顾及导航性能和综合成本,利用遗传算法进行了混合星座的优化.将优化后的低轨混合星座与北斗星座进行了组合,组合后的星座与北斗星座相比较,全球可见卫星数均值由6.9颗增至9.3颗,可见卫星数标准差由1.1降至0.4.     

一种快速的集中式自主定轨新算法

针对导航星座自主定轨,提出一种提高集中式算法效率的新思路,即充分利用高频、高精度的星间链路测距信息,在短弧内将卫星最优轨道与长期预报轨道的差异用多次曲线描述,得到卫星位置和速度的最佳估值。此方法无需动力学建模和计算状态转移矩阵,因此算法极为简洁。同时,对于自主运行期间缺乏空间基准,提出约束轨道升交点赤经的方法,以减小对地面系统的依赖程度。仿真结果表明,导航星座自主运行60 d,不考虑地球自转参数(EOP)长期预报误差,在无锚固站的情况下,链路数不少于5条时能够达到轨道URE优于1 m,位置3 m,速度毫米级的定轨精度。最后,通过比对验证了新算法比已有EKF分布式自主定轨算法的效率更高。     

基于STK的全球卫星导航定位系统DOP值仿真

通过STK卫星数据库建立了GPS卫星星座;根据GALILEO卫星设计参数,利用轨道向导建立GALILEO卫星星座。比较了武汉地区GPS、GALILEO、GPS和GALILEO组合的卫星可见数和GDOP值,以及全球GDOP值的分布。     

自主卫星导航的空间基准维持

基于星间测距的自主定轨必然存在星座的整体旋转和漂移,即存在星座空间基准的衰减问题,因此,卫星星座的空间基准维持是自主定轨的主要目标,也是自主定轨的核心问题之一。重点讨论卫星自主定轨中的空间基准维持方法,系统分析星地观测、星间/星地组合观测和星间观测3种观测模式下的卫星轨道参数估计方法,及其对应的空间基准维持方式;提出卫星自主定轨强基准和弱基准概念。强基准是指在星地观测或星间/星地组合观测条件下,强化地面高精度基准站坐标的定轨方式,此时卫星星座基准与地面跟踪站基准一致;弱基准是指在仅有星间链路观测条件下,采用卫星轨道信息先验弱约束的定轨方式,即弱基准是以先验轨道所对应的卫星星座的几何重心建立的。强基准充分利用了星间、星地观测网中的各类信息,计算结果可靠且精度稳定,而弱基准虽然缺少地面观测信息,但先验卫星轨道同样是基于地面跟踪网精密定轨得到的,对卫星空间基准的维持同样可靠,且定轨计算更为简单。采用北斗试验星实测数据,分别开展无基准、弱基准和强基准支持下的自主定轨试验,试验结果表明,弱基准中仅对卫星轨道倾角和升交点赤经进行先验弱约束即可抵偿卫星星座的旋转和漂移,但定轨精度略低于强基准支持下的定轨精度。在无地面跟踪系统支持的特定环境下,建议采用弱基准方法,实现真正意义上的自主定轨。     

导航星座异构扩展对系统服务性能的影响

本文分析“北斗”区域卫星导航系统目前所采用的三种卫星混合组网的星座现状,通过设计扩展不同类型、不同数量的卫星,利用STK仿真软件,对所选重点区域和扩展区域的重要服务性能,如几何精度因子(GDOP)和可见卫星数量进行仿真,进而综合得出不同导航星座异构扩展对系统服务性能的影响情况。分析结果表明, IGSO卫星对增强系统对区域服务性能的提高具备更好的条件。根据“一带一路”非洲沿线国家重点城市的分布特点,进一步对星座异构扩展数量和在轨位置进行优化和改进,为有限条件下星座扩展实现服务性能最大化改善提供参考。      

一种基于改进PSO算法的高时间分辨率遥感卫星星座优化设计方法

针对定位、导航、授时、遥感、通信一体的天基信息实时服务系统对遥感信息高时间分辨率获取的需求,提出了基于改进粒子群优化（particle swarm optimization,PSO）算法的遥感卫星星座优化设计方法。基于6N和3+4P星座构型,以重访时间间隔作为优化目标,采用改进的PSO算法对星座优化模型进行求解,分别针对全球覆盖和区域覆盖任务进行了仿真对比试验。仿真结果表明,提出的方法适用于低轨遥感卫星星座设计,满足高时间分辨率要求。     

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。     

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。