雷达遥感六十年：四个阶段的发展

雷达遥感问世60年来已经历了4个阶段的发展,其在对地观测中的作用正日益凸显,已经广泛应用于不同领域。4个阶段分别是单波段单极化阶段,多波段多极化阶段,极化和干涉阶段,以及以双/多站或星座、高时序高分宽幅、3维成像为代表的新阶段。本文结合作者长期在雷达遥感领域的研究经历,总结和回顾了雷达遥感的阶段发展和具有里程碑式的代表性技术;从观测技术、数据处理和应用角度阐述了新阶段雷达遥感的发展趋势,以及雷达遥感与人工智能和大数据结合的思考;最后着眼未来,介绍了月基雷达对地观测平台的前瞻性研究。     

多类重力场模型的精度分析

分析国际公布的EGM2008、GECO和EIGEN-6C4等超高阶重力场模型及GOCO03S、GOCONSGCF2DIRR5和GOCONSGCF2TIMR5等低阶重力场模型的内符合精度。利用实测的GNSS/水准数据对各模型进行外符合精度的检核。分析6个模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:EGM2008、GECO、EIGEN-6C4及DIRR5四个重力场模型的阶方差均保持在mm级,而GOCO03S在191阶之后的精度达到dm级,TIMR5模型在228阶之后的精度达到dm级;6个重力场模型中,EIGEN-6C4模型的累计阶方差最小;EGM2008、GECO模型的互差阶方差在高频部分呈现差异,而在超高阶部分两种模型的互差阶方差符合性好;与EGM2008模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.063 m,精度提升幅度为15%,与GECO模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.060 m,精度提升幅度为23%,与EIGEN-6C4模型相比,其对应的组合重力场模型高程异常精度最优可达0.064 m,精度提升幅度为18%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度。     

3D SLAM的室内背包移动测量系统研究

针对室内移动测图中GPS信号缺失,导致无法获取精确定位坐标与导航的问题,该文研发了一套室内背包式移动测量系统,该系统能够利用三维激光定位与测图的方法实现快速同步定位及地图创建和室内三维激光点云获取,可以应用在室内或地下的环境中进行数据采集,在不损失作业效率的前提下获取系统作业轨迹、高精度点云等多种数据结果。为了对系统的精度进行验证,使用该系统在实验室大楼走廊中进行实验获取室内三维激光点云,并将实验结果与采用常规测量手段得到的结果进行对比分析。实验表明,此系统的相对精度和绝对精度分别能够达到0.048和0.047m,在室内三维信息获取过程中相比较于传统作业方式显著提高了作业效率和数据质量,能够满足室内建模与测图要求。     

玉米作物极化SAR数据模拟

通过重点研究玉米叶子的空间位置、指向角分布,分析玉米作物的结构特点,建立玉米的三维结构模型和场景,发展针对玉米作物的极化合成孔径雷达(synthetic apertureradar,SAR)数据模拟方法。利用该模拟方法和实地获取的玉米参数模拟极化SAR数据,通过与散射计实地测量的多极化、多角度后向散射系数进行对比,表明该模拟方法能够有效的模拟玉米作物的后向散射系数;通过分析模拟极化SAR数据获得的HH-VV、HH-HV、VH-VV之间的相位差,表明该模拟方法能够有效的模拟玉米作物散射的相位信息;通过分析模拟数据的极化响应图和Cloude H-α分类图,从散射类型角度验证了模拟极化SAR数据的有效性。     

自适应卡尔曼滤波在GPS/DR组合导航中的应用

针对在观测条件较差的情况下卡尔曼滤波的鲁棒性较差,本文设计了一种自适应卡尔曼滤波模型。通过实际车载GPS/DR组合导航试验,结果表明该模型在观测质量较差的情况下能够抑制较大的偏差,相对于标准卡尔曼滤波模型,其平面定位精度提高了近一倍,达到2～3m。因此,在观测环境较差的情况下建议采用渐消自适应卡尔曼滤波模式进行组合导航。     

TOPEX/Poseidon卫星监测博斯腾湖水位变化及其与NINO3 SST的相关性分析

利用TOPEX/Poseidon(T/P)卫星10年（1992~2002）监测博斯腾湖水位变化的GDR数据,经过数据的地球物理改正、编辑、约化和滤波后,分别采用小波分析和傅里叶分析得到了博斯腾湖水位变化的平均周期为1034d,363d,182d和47d。季节性变化是湖泊水位变化的主项,利用最小二乘法得到了周年振幅为0.7196m,半年振幅为0.5322m,因此季节性变化的主周期是周年,次周期是半年。博斯腾湖水位变化变化趋势为0.2012m/a,说明在全球气候变暖趋势下,博斯腾湖水位在升高。由博斯腾湖月水位变化的时间序列与NINO3 SST进行相关性分析,发现在NINO3 SST 发生6个月后,博斯腾湖月水位变化序列与NINO3 SST数据相关性最大(-0.2784),表明厄尔尼诺事件对我国西部气候影响的具有一定的滞后性。     

引潮力引起的地球引力场时空变化的理论研究

地球重力场的时空结构与分布特性无论在基础理论研究,还是在地理空间信息建设中都具有重要的意义。地球表面上的观测仪器检测到的只是某一个质点的重力变化(拉格朗日变化),但是理论研究却是基于欧拉引力和引力位场方程进行的。本文基于连续介质力学的基本理论,在改正了文献[5]的一处原则性错误之后,推导出了引力和引力位的Lagrange和Euler增量表达式。本文工作对于高精度地球重力场的时空变化的理论研究具有参考价值。     

基于潮汐变化的潮滩淹没模型构建

潮汐的变化带来海岸线的不断演变,位于潮间带的潮滩在潮汐作用下,会产生周期性的淹没与干出。从研究潮汐变化模型与潮滩地形模型入手,对两种模型进行运算、融合,构建出基于潮汐变化的潮滩淹没模型。实验表明,此模型可以很好满足潮滩淹没三维可视化仿真的需要。     

光谱解混误差分析下的端元数目估计算法

确定端元数目是混合像元分解中端元提取的前提.目前端元数目主要还是通过判读人员根据经验或者估计最优子空间的方法来确定,这些方法都没有从提高混合像元分解精度的角度出发进行端元数目估计.在分析漏选、多选端元时光谱解混误差的基础上,提出了一种基于光谱解混误差的端元数目估计算法,该算法在估计端元数目的同时可以实现端元提取.实验结果表明,该方法在低信噪比情况下仍能正确地估计端元数目,并且可以正确地提取端元.     

地理信息科学方法论的理论体系研究

地理信息科学是地理学的一个分支,其方法论研究受到科学哲学和地理学方法论的指导,同时也从大量的该学科研究成果、工程项目和软硬件产品中提炼的案例中总结和归纳而来。本文在本学科的时代需求和国家前瞻布局的背景下开展研究。首先阐述了地理信息科学方法论的哲学观和实用观,提出了研究中应该处理好的六个关系;其次,建立了方法论的结构体系,由地理信息本体论、六个科学方法和七个技术方法组成;再次,分析和论证了地理信息的本体特征及其与方法论的关系,最后讨论了地理信息科学方法论的创新机制和策略。