“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     

基于卫星平台的三线阵影像立体测绘方法研究

利用三线阵CCD（Charge Coupled Device）航天摄影测量技术实施无地面控制点条件下对地球及其他星球的测绘,实现对目标的三维高精度定位,是目前航天摄影测量与遥感领域的研究热点。本文针对三线阵CCD相机的成像原理和特点,研究了基于卫星平台的三线阵影像立体测绘方法,分析了卫星总体参数等对测绘精度的影响。同时,根据我国航天技术的现状和无地面控制点条件下的测绘精度要求,提出并简要论述了传输型卫星摄影测量系统的技术要点。主要研究内容和研究成果归纳如下：     

无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算

本文推导了星载测定外方位元素参与下,无地面控制点卫星摄影测量高程误差估算公式。分别按姿态变化率为1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像、姿态变化率低于1 0 -6°/s的二线阵CCD推扫式影像以及LMCCD推扫式影像进行推算。各个估算公式均给出算例,供设计无地面控制卫星摄影测量工程应用。     

天绘一号卫星无地面控制点摄影测量关键技术及其发展历程

本文介绍了天绘一号卫星立项前的预先研究和试验工作、摄影测量研究历程框架以及关键的学术思想。EFP多功能光束法平差结果表明:无地面控制点目标定位精度达到工程技术指标,并与美国SRTM相对精度相当。此外,笔者还简要地介绍了国外主要传输型卫星无地面控制点摄影测量历程。     

本期导读

在轨卫星无地面控制点摄影测量探讨(王任享,等)一文认为,摄影测量卫星采用商用级星敏感器构成的测姿系统,其姿态测量存在不可忽视的低频和"慢漂"系统性误差,使得经过在轨标定后的星敏感器和三线阵CCD相机安装角转换参数产生额外的增量dφC、dωC、dκC。在一条航线内,这些增量可视为常量,依靠其在立体模型上表现的上下视差规律,在无地面控制点条件下,通过在光束法平差中增加对dφC、     

LMCCD相机卫星摄影测量的特性

本文简要介绍了LMCCD相机(线阵—面阵CCD组合相机)的概念和实现的基本条件,并以影像数字模拟方法显示LMCCD推扫摄影的影像,以及利用这些影像生成DEM和等高线。同时还利用数字模拟的方法生成LMCCD相机卫星摄影测量的数据,应用"等效框幅法(EFP)"平差,讨论了LMCCD影像在无地面控制的摄影测量的精度。     

LMCCD相机影像摄影测量首次实践

LMCCD相机作为天绘一号卫星的有效载荷,是保证其实现无地面控制点摄影测量精度的关键。本文分别利用LMCCD影像和三线阵CCD影像对天绘一号卫星的相机参数进行了在轨标定计算,并利用各组在轨标定结果对定位精度（重点对高程误差）进行了统计分析。试验结果表明：与单纯的三线阵CCD影像的相比,LMCCD影像在相机参数在轨标定中能有效抵御因卫星姿态变化率导致的光束法平差航线系统变形问题,在天绘一号现有姿态变化率水平条件下,利用LMCCD影像进行相机参数在轨标定可保证天绘一号01星实现无地面控制点摄影测量精度要求。     

“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     

高分辨率光学卫星遥感影像高精度无地面控制精确处理的理论与方法

卫星影像全球无地面控制高精度几何定位是卫星摄影测量技术发展追求的主要目标,也是实现困难地区和境外地区测图的关键支撑技术。本文围绕我国国产遥感卫星的技术发展,详细论述了高分辨率光学卫星遥感影像高精度无地面控制几何定位的理论与方法,在天星地一体化全链路误差建模分析的基础上,提出了在轨几何定标理论与方法、稳态重成像几何处理模型与方法及大规模无地面控制区域网平差理论与方法。将本文方法应用于资源三号卫星影像的数据处理,试验结果满足1∶50 000测图精度,证明了理论和方法的正确性。     

我国卫星摄影测量发展及其进步EI北大核心CSCD

卫星摄影测量是一种高效的地理空间信息数据获取手段,在全球的基础测绘中发挥着重要作用。本文回顾了笔者亲历的我国卫星摄影测量发展的两个阶段,重点对线阵推扫影像进行空中三角测量平差的理论进行了介绍,并以天绘一号工程实践为依据,表明了我国自主的理论创新,线阵立体影像单航线平差无控定位精度也能够达到框幅相机静态摄影影像理论水平。     

论摄影测量与工程测量的结合--摄影全站仪+数码摄影机

主要讨论了摄影测量与工程测量集成的具体实现———摄影全站仪,系统阐述了摄影全站仪的几种工作方式、偏置量的检校、摄影全站仪的共线方程等,并提出控制片的概念,大大扩充了数字摄影测量的理论。摄影全站仪充分利用了摄影测量与工程测量的优势,无需在测量现场布设控制点标志,从而实现真正的无接触摄影测量。     

DEM约束的卫星影像定位法

作为"云控制"摄影测量理论和方法的发展,研究了DEM约束的立体卫星影像区域网平差方法。与DEM仅作为高程控制信息使用,或者是通过DEM表面匹配实现绝对定向的间接定位方法不同,DEM作为平高控制信息被直接引入至基于RFM模型的卫星影像区域网平差之中。本文方法将连接点地面高程与DEM格网内插高程之差作为虚拟观测值构建约束方程,不仅利用了DEM高程信息,并且利用了其地形曲面包含的平面信息,以"云控制"方式在区域网平差过程中有效消除卫星影像RPC参数中包含的整体偏移及区域网内部的扭曲变形,实现了无地面控制点条件下卫星影像平面及高程绝对定位精度的大幅提升。使用覆盖山东全境的330景天绘一号立体卫星影像进行试验,分别以AW3D30、ASTER GDEM和SRTM GL3共3种开源DEM作为控制信息,并使用100个外业实测控制点进行精度评测。试验表明,以DEM作为控制可显著提高区域网平差的平面与高程精度,卫星影像绝对定位精度与DEM自身精度有关。当使用AW3D30作为控制时,可以取得与使用100个外业控制点平差同等精度,平面中误差为5.0 m(约1像素),高程中误差为2.9 m。试验结果证明了DEM替代外业控制点作为平差控制信息的有效性与可行性。     

北斗PPK技术辅助无人机航空摄影测量精度分析

由于受网络信号和基线长度限制,在南北极、远岸岛礁等地区,常用的GPS RTK技术无法应用于无人机航空摄影测量,且GPS并非我国自主的卫星导航系统,无法确保永久安全可靠。为此,本文探索利用我国自主建设的北斗三号全球卫星导航系统（BDS-3）,通过动态后处理（PPK）技术辅助无人机摄影测量,以解决上述问题。以大疆精灵4 RTK无人机为例,分别利用BDS-3、GPS及BDS-3+GPS组合观测值,对无人机POS数据进行PPK处理,分析在无地面控制点条件下,不同导航卫星星源对无人机航空摄影测量平面和高程精度的影响。结果表明：利用BDS、GPS、BDS+GPS组合对无人机单点定位POS数据进行PPK处理后,空三加密点平面定位精度由分米级提升至厘米级,高程精度由米级提升至分米级甚至厘米级,与引入5个地面控制点的定位精度相当。北斗PPK技术辅助无人机航空摄影测量满足平原地区1：500比例尺空中三角测量加密精度要求。     

IMU/DGPS辅助航空摄影测量直接定位及其精度分析

阐述了IMU/DGPS辅助飞思相机进行航空摄影测量直接地理定位的基本方法,通过检校场飞行对航测系统进行系统误差校正,采用大量地面检查点数据对直接定位精度进行分析.结果表明,在没有地面控制点的情况下,该摄影测量系统能满足1:500航测制图的精度要求,从而大幅减少了外业像控测量工作,极大地提高了航空摄影测量的效率.     

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。     

光学卫星摄影无控定位精度分析

"全球连续覆盖"和"局部区域覆盖"是卫星摄影测量常用的两种摄影模式,两种模式应用目标和无控定位实现途径也各有特点。本文简要介绍了两种模式典型的卫星无控定位精度情况,阐述了光束法平差的关键技术,重点对前方交会和光束法平差无控定位精度进行试验分析。试验结果表明,姿态误差是影响无控定位精度的重要因素,影像分辨率对其影响较小。当外方位角元素误差大于0.5″时,即使影像分辨率为5m,光束法平差后,其无控定位精度也优于0.5m分辨率影像前方交会精度。