导航卫星天线相位中心误差标定方法研究现状及发展趋势

卫星天线相位中心误差是影响GNSS高精度定位定轨的重要误差源,实用中需要对其精确标定。随着北斗卫星导航系统的建设发展,如何对卫星天线相位中心误差进行更为精确的标定应引起人们的重视。为此,本文首先简要介绍了各卫星导航系统的卫星天线情况,而后系统总结了导航卫星天线相位中心误差标定方法的发展历程和研究现状,指出了未来卫星天线相位中心误差标定方法的发展趋势,相关研究成果对我国北斗卫星天线相位中心误差的标定方法研究具有参考意义。     

一种基于CORS的GNSS事后精密定位服务平台建设方法

针对CORS服务的通信信号盲区定位和高精度静态定位解算需求等问题,提出了一种基于Internet的数据加密推送和Bernese自动数据解算的GNSS事后精密定位服务平台建设方法,采用数据处理与用户服务分离方案,突破了并发用户请求的数量限制,并采用定位结果动态偏移及传输文件动态加密的双重加密方法,确保了信息安全。实测数据试验结果表明,平台数据处理结果精度、时效性和稳定性较好,可向用户提供厘米至毫米级GNSS事后精密定位服务。     

三线阵影像外方位元素平滑方程自适应光束法平差

外方位元素数据是影响光学卫星影像几何定位精度的重要因素,其精度不仅取决于姿态和轨道测定系统的精度,还与卫星平台稳定度紧密相关。在实际卫星工程中,姿态测定系统存在突变现象,导致处理航线中上下视差发生较大变化。本文在全三线交会EFP光束法平差理论基础上,提出在光束法平差中采用外方位元素自适应分段平滑策略及其数学模型。即根据立体影像上下视差差分数据,对立体影像进行自动分段;在此基础上,对不同段的外方位元素平滑方程赋予不同权值,共同参与光束法平差。通过实际卫星影像试验表明,该方法可有效抑制卫星姿态测定系统突变对立体影像无控定位精度的影响,尤其是高程精度改善显著。     

卫星影像匹配的深度卷积神经网络方法

本文侧重于智能化摄影测量深度学习的第一个方面：深度卷积方法。传统的影像同名点对提取算法通常利用人工设计的特征描述符及其最短距离作为匹配准则进行匹配,其匹配结果易陷入局部极值,造成部分正确匹配点对的遗漏。针对这一问题,本文引入深度学习方法,设计了一种基于空间尺度卷积层的两通道深度卷积神经网络,采用其进行影像间的匹配模式学习,实现了基于深度卷积神经网络的卫星影像匹配。试验表明,在处理异源、多时相、多分辨率的卫星影像情况下,本文方法比传统匹配方法能提取到更为丰富的影像同名点对,且最终匹配提纯结果正确率优于90%。     

顾及钟差随机项的GPS卫星钟差预报

针对卫星钟差呈趋势项和随机项变化的特点,提出了基于GM(1,1)与自回归求和移动平均的组合预报模型。该模型首先采用GM(1,1)模型预报钟差的趋势项部分,然后利用ARIMA模型对GM(1,1)的模型残差序列进行建模和预报,最后将GM(1,1)和ARIMA模型的预报结果对应相加即得到钟差的最终预报值。此外,采用IGS公布的精密卫星钟差进行预报试验,通过与卫星钟差预报中常用的二次多项式模型和修正指数曲线法模型预报结果的对比分析,结果表明:该方法可以对GPS卫星钟差进行高精度的中短期预报。用12 h钟差建模时,预报未来6、12、24和48 h的平均预报精度分别为0.71、1.17、1.93和4.38 ns,相比于二次多项式模型的平均预报精度分别提高了29.70%、43.75%、67.62%和76.21%;相比于修正指数曲线法模型的平均预报精度分别提高了18.39%、33.90%、61.40%和70.49%。     

利用GRACE和地球物理模型研究地球动力学扁率变化

作为一个旋转的扁椭球体,地球的动力学扁率J2变化主要是由各圈层相互作用和地球系统的物质流动所引起。当前,测定地球动力学扁率主要是通过卫星激光测距资料获得。本文利用GRACE月重力场模型、海底气压模型和冰期均衡调整模型等估计地球动力学扁率月变化ΔJ2,通过计算得到的C20时间序列与卫星激光测距(SLR)结果差别不大。通过计算分析,可以看出使用不同机构发布的GRACE数据产品,得到的季节变化时间序列的结果差别不大,与SLR结果非常接近,得出的C20时间序列在SLR方差百分比达70%。     

高分辨率遥感卫星颤振探测的相位相关分析法

平台颤振是影响高分辨率卫星影像几何和辐射质量的关键因素。为提高从影像反演平台颤振特性的可行性和可信度,本文提出基于局部频率分析相位相关的智能化视差法颤振探测方法。通过结合结构影像表达和相位相关,并充分利用影像的局部和全局相位信息,减少了辐射变化和噪声等干扰因素对亚像素偏移值估计的影响,同时融入视差法颤振探测框架,保证精确稳健的密集匹配,从而实现高效的平台颤振精密探测。通过采用实际辐射变化数据集的算法对比及采用资源三号卫星影像的颤振探测试验验证了本文方法的有效性。结果表明,局部频率分析相位相关算法在辐射差异和噪声等情况下效果优于其他主流相位相关算法,匹配精度达到0.05个像素,本文颤振探测方法有效估计了资源三号卫星的颤振信息。     

星载激光光斑影像质心自动提取方法

激光光斑影像的质心提取是卫星激光测高数据处理中的重要环节,对于获得精确的激光指向角有重要的意义。本文总结了灰度重心法、高斯拟合法以及椭圆拟合法3种常用的质心提取方法,在比较其优缺点之后结合高斯曲面拟合法和椭圆拟合法,提出了一种基于高斯阈值的椭圆拟合方法,针对仿真数据进行试验,有较好的精度结果。采用GLAS（geoscience laser altimeter system）的实际激光光斑影像LPA（laser profile array）数据进行试验,发现LPA光斑质心位置变化周期约为1.5 h,幅度最大可达2~3个像素,对应激光指向角变化约9",说明在轨监视激光质心位置变化对于提高激光指向角测量精度非常必要。相关结论可为后续国产卫星激光测高仪足印影像处理提供参考。     

拉格朗日/高斯无奇点卫星运动方程推导与分析

针对卫星轨道理论中的奇点问题,对拉格朗日/高斯无奇点卫星运动方程做了深入的分析和探索,从原始拉格朗日和高斯运动方程及其物理意义出发,考虑圆轨道、圆赤道轨道和赤道轨道3种奇点情况,推导了一种新的拉格朗日/高斯无奇点卫星运动方程,并探讨了方程的连续性。该方程消除了零因子,解决了卫星运动方程的奇点问题。     

北斗高精度长弧历书模型设计

历书参数可同时用于辅助常规导航和自主导航的信号捕获。延长历书参数的有效期不但可以使地面接收机启动时充分利用历书数据,对于基于星间链路观测的自主导航,历书参数的有效期还决定了地面注入历书的频度和占用的星上存储资源。通过对北斗3类导航卫星主要摄动力及其对轨道根数的长期项和长周期项的影响分析,设计了以6个轨道根数和5个摄动参数为播发参数的历书拟合模型。以一个自主运行周期90 d为时间尺度,对北斗在轨卫星进行了长弧段历书拟合试验,并同时分析了卫星位置和速度的拟合精度。结果表明新的历书拟合模型提高了历书拟合的精度,尤其对于地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星,拟合精度提高显著。对于GEO和IGSO卫星,位置拟合误差大约从200 km降低至十几千米甚至几千米,速度拟合误差大约从15 m/s降低至0.6 m/s,新方法拟合精度提高了约20~30倍;对于中圆地球轨道卫星,无论采用哪种历书模型,位置拟合误差都在5 km左右,速度拟合误差都在0.6 m/s左右,新方法拟合精度提高约15%。针对星间链路卫星10 km位置误差上限的使用需求,对比了新老历书模型的拟合弧长,常规模型最大拟合弧长约为14 d,而新历书模型的最大拟合弧长可延长至45 d,新历书模型延长了历书使用期限,优化了北斗历书模型设计。