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%。     

结合IGS分析中心产品的轨道综合算法及其精度分析

鉴于IGS分析中心的框架及轨道产品趋于稳定,提出了基于IGS分析中心产品的轨道综合算法。利用自编算法对IGS各分析中心2017年2月26日—2017年4月8日精密轨道进行综合,获得GPS综合轨道。结果表明,IGS进行轨道综合的9个分析中心中,NGS、GFZ、CODE和ESA 4个分析中心的轨道产品精度相对较好,剩余5个分析中心的轨道产品相对较差;各分析中心与IGS发布的综合轨道间存在框架差异性;使用本文算法计算得到的合成轨道结果与IGS综合轨道作比较,二者三维差异小于5 mm,优于快速星历,证明了本文算法的可行性。     

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。     

国产卫星数据在黑龙江省湿地调查中的应用

基于2015年度国产卫星数据(高分一号、高分二号、资源一号、02C卫星、资源三号、天绘一号等系列卫星),通过全分辨率遥感解译方式,获取黑龙江省各区域、各类型湿地资源具体分布面积,同时依据其分布情况,采用定性分析和定量分析相结合的方法,对大兴安岭区域、小兴安岭区域、松嫩平原西部区域、松嫩平原东部区域、东南部山区区域、三江平原区域等6大区域湿地的生态等级进行评价分析,得出黑龙江省湿地实际生态效果评价为"良好"。草本沼泽湿地、森林和灌丛湿地在湿地生态系统中发挥重要作用。     

基于小波变换的GNSS单差观测序列周跳探测方法

在卫星定位应用领域,GNSS周跳的探测和修复仍然是载波相位测量中的一个重要问题。近年来,在站星双差观测序列、星间单差观测序列都进行了周跳探测研究。小波分析方法是一种在时域和频域上同时具有良好的局部化特性的分析方法,利用小波对信号进行分析时可以提取信号的突变点。本文利用小波变换对星间单差观测序列进行了周跳探测,通过算例探讨了该方法的应用效果。