高分七号卫星测绘体制与性能评估

回顾了我国光学立体测绘卫星研制历程,介绍了高分七号卫星系统总体方案,对卫星工作模式、主要设计参数进行了描述。比较单线阵、双线阵和三线阵测绘体制的优缺点,从基高比选择、激光测高辅助测绘两方面论证了卫星立体光学测绘体制选择的合理性。利用卫星在轨期间星敏感器、陀螺、激光测高仪、双线阵相机温度场等数据分析结果,对卫星在轨期间姿态测量、激光测高、结构稳定性等影响卫星立体测量精度的指标进行了评估。通过仿真评估,卫星可实现1∶1万比例尺精度要求,平面定位精度达到5 m,并通过激光辅助测高的支持,高程精度可以达到1.5 m。     

星载激光测高仪辅助卫星摄影测量浅析

激光测高仪可以快速高精度获取地面高程信息,弥补卫星光学遥感影像三维信息获取能力的不足。采用高精度激光测高数据作为控制信息,符合卫星摄影测量尽量减少地面控制点的发展趋势。文章首先介绍了实际卫星立体测绘中难以解决的问题,结合激光测高的特点,设计了星载激光测高仪辅助空中三角测量立体测绘的方案。根据摄影测量观测方程和激光测高仪对地观测方程,以及卫星影像和激光测高数据外方位元素之间的联系,由光束法平差原理建立观测误差方程。对星载激光测高仪进行定位精度理论分析,采用高精度激光测高数据可以作为高程控制,提高高程观测精度。最后对卫星摄影测量数据与星载激光测高数据联合平差仿真实验,实验结果表明定位精度明显提高。     

星载线阵CCD相机与激光测高仪无控定位精度对比分析

光学立体测绘卫星测高精度受姿态确定能力的限制,难以实现1∶10 000及以上大比例尺无控立体测绘。激光测高卫星的高程精度高,考虑结合2种遥感手段,提升测绘卫星的无控定位精度。为比较高分辨率立体测图卫星与激光测高卫星的无控定位精度,介绍了星载线阵CCD立体相机及激光测高仪的几何定位原理,构建了相应的几何定位模型,推导了各自的误差传播方程。参照目前平台及载荷的技术水平,分析了卫星参数及各项测量指标,通过仿真估算了两者在同卫星平台上的无控定位精度,并进行定量对比分析。结果表明:同平台下星载线阵CCD相机平面定位精度优于星载激光测高仪,而后者的测高精度明显高于前者。     

高分七号卫星总体概况及影像产品

正高分七号卫星总体概况卫星主要特点首颗自主研发1:1万比例尺立体测绘卫星,首次采用双线阵相机立体测绘联合激光测高的主被动复合测绘体制。国内首套长焦距、大口径、无畸变双线阵测绘相机,分辨率前视全色优于0.8m、后视相机全色优于0.65m、后视相机多光谱优于2.6m,实现亚米级立体测绘。国内首台星载对地全波形体制激光测高仪,利用高精度测时和高速采样技术实现高精度测距。国内首次采用高稳定度控制补偿技术实现姿态稳定度优于6×10~(-50)/s。国内首套星图融合星敏感器,双星敏夹角动态修正,大幅提高卫星姿态确定精度。国内首台星载可变编码调制器,国际首次实现X频段最高通道码速率2×1.2Gbps数据传输。     

高分七号卫星双线阵相机关键技术设计

光、机、热稳定性直接影响高分辨率、大比例尺测绘相机内外方位元素的稳定性,进而影响卫星地面定位精度和高程精度。文章介绍了高分七号1∶1万立体测绘卫星的主要载荷——双线阵立体测绘相机,为实现高稳定性在光学、结构、热控等方面采用的设计手段,通过真实温度场的光、机、热联合仿真分析方法,结合在轨测试结果,证明该相机设计能够满足1∶1万比例尺高分辨率测绘所需的内、外方位元素稳定性要求。     

高分七号卫星激光测高仪总体设计与在轨验证

高分七号卫星搭载了我国首台全波形体制激光测高仪,它具有测距精度高、指向稳定和长寿命的特点,在少量或无地面控制点情况下,以激光足印为高程控制点,与测绘相机数据联合平差,可实现1∶10 000比例尺地图对平面误差和高程精度的要求。文章论述了高分七号卫星激光测高仪的总体设计思路,并给出了高速采样全波形测距、基于足印相机的激光指向测量、长寿命固态激光器的设计方案和地面验证结果。激光测高仪发射入轨以后,对激光测距精度、激光指向测量精度、激光出光次数和能量遥测进行了统计和分析,结果表明:激光测高仪状态良好,测距精度优于0.3 m,满足设计指标要求。     

高分七号卫星激光测高仪分系统关键技术设计与实现

针对1∶10 000比例尺立体测绘对高程控制点的需求,高分七号激光测高仪分系统在传统激光脉冲式距离测量技术的基础上,通过可见光光学被动成像与激光接收光学复合设计方案,同时获取激光足印在地物影像上的二维方位信息和大足印内的多回波波形,并对激光指向在轨监测关键技术进行了设计实现。关键技术仿真及试验结果表明:激光足印平面定位精度可达到5μrad,对强度变化33 dB内的回波测距均值最大变化3.3 cm。在轨监测数据表明:激光发射光轴稳定性优于0.5μrad,无云区域回波探测概率达到100%。测量获取的具备5μrad平面精度、1 m高程精度的激光落点可为1∶10 000比例尺测绘提供高质量的控制点信息。     

星载激光高度计几何定位误差传播分析

星载激光高度计能够获取高精度的地面高程信息,可作为卫星光学遥感影像三维测图的补充。星载激光高度计的高程测量精度很高,但是平面精度较低。为了能够更有效的利用星载激光测高数据,需要研究星载激光高度计几何定位的误差源及其对定位精度的影响。文章从星载激光高度计几何定位模型出发,推导了星载激光高度计定位误差传播模型,得到影响星载激光高度计测高数据定位精度的主要误差源,并分析了各误差源对定位精度的影响,可以为星载激光高度计的设计和应用提供一定参考。     

“资源三号”卫星遥感技术

"资源三号"(ZY-3)卫星是中国自行研制的民用高分辨率光学传输型立体测绘卫星,于2012年1月9日在太原卫星发射中心使用CZ-4B运载火箭发射升空。卫星可提供3.5m分辨率立体影像,2.1m全色/5.8m多光谱平面影像,可用于1∶50 000立体测图及更大比例尺基础地理信息产品的生产和更新。文章重点介绍了ZY-3卫星定位精度高和内方位元素稳定性强等任务特点以及内方位元素高稳定性的立体测绘相机、高速率双圆极化复用数据传输技术、角秒级定姿精度等技术创新点,简要介绍了在轨评价及应用情况,为后续测绘卫星提供参考。     

基于RFM与平面高程控制分离的立体定位研究

星载激光测高技术应用于高分辨率光学立体测绘卫星,辅助航天摄影测量以提高卫星几何精度将成为一种重要的技术手段。针对复合测绘这一思路,文章基于有理函数模型(rational function model,RFM)进行立体定位研究。初步建立了高分辨率遥感卫星基于平面控制和高程控制数据分离的区域网平差模型,以天津地区"资源三号"卫星影像作为试验数据,并利用直接前方交会定位模型、RFM系统误差补偿模型、立体区域网平差模型对构建的模型进行精度验证。试验结果表明,基于平面控制和高程控制数据分离的区域网平差可以提高卫星影像的几何定位精度,且精度与其它模型相当,证明了平面高程控制数据分离进行RFM区域网平差的有效性和可行性。     

卫星遥感影像外方位元素的误差传播研究

高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度与影像外方位元素精度密切相关.文章针对单景影像直接对地定位和立体影像前方交会定位两种典型情况,对影像各外方位元素在目标几何定位中的误差传播规律进行分析比较,相关结论可供卫星姿控及相机载荷设计方参考.     

“资源三号”卫星三线阵影像几何质量分析

文章首先简要叙述了基于＂资源三号＂（ZY-3）卫星三线阵TLC影像的严格几何成像模型,然后建立了针对外方位角元素的系统误差补偿模型与相机视向量几何检校模型。经地面系统检校后,采用地面高精度控制点数据对非同时相影像进行试验,并对影像平面精度进行分析评价。结果显示ZY-3三线阵TLC影像无控制点状态下外部定位精度优于6像元,内部几何变形优于1.5像元。     

“资源三号”高分辨率立体测绘卫星三线阵相机设计与验证

2012年1月9日,中国第一颗民用高分辨率立体测绘卫星——"资源三号"卫星在太原卫星发射中心成功发射,星上装载的三线阵相机可以获取2.1m地面像元分辨率(正视相机)和3.5m地面像元分辨率(前/后视相机)全色影像。文章介绍了三线阵相机的组成及工作原理、关键技术及实现情况、在轨运行和测试情况,给出了在轨测试的初步结果。在轨运行情况表明:相机设计合理,成像品质优异,各项指标满足1∶50 000制图应用的要求,实现了内方位元素的高精度稳定,对卫星定位精度达到国际先进水平发挥了关键作用。     

传输型立体测绘相机几何精度仿真分析

航天传输型立体测绘相机几何精度和稳定性决定了立体摄影成像的精度,对其几何精度测试技术需作专门研究。文章介绍了传输型立体测绘相机几何精度测试方法,推导了基于最小二乘原理进行几何精度测试的主点、主距和畸变误差传递公式,对主点、主距和畸变测试精度进行了全面的仿真分析,仿真结果可以为测绘相机设计和测试人员提供参考。     

中国无地面控制点摄影测量卫星追述（二）--1∶1万传输型摄影测量卫星技术思考

以1∶1万传输型摄影测量卫星工程有效载荷配置为基础,分析了传输型测绘卫星中影响定位精度的误差源,提出了激光测距数据辅助两线阵卫星影像处理的若干思路,并进行了模拟仿真试验。试验结果表明：利用激光测距数据参与两线阵影像光束法平差,能有效改善航线模型系统变形,并保持较小的上下视差,可满足卫星影像无地面控制点条件下1∶1万高精度定位要求。     

“资源三号”卫星在轨几何定标及精度评估

＂资源三号＂卫星是中国第一颗民用三线阵立体测图卫星,实现了中国民用高分辨率测绘卫星领域零的突破,对中国测绘事业的发展具有革命性意义,是中国卫星测绘发展史上一座新的里程碑。在轨几何定标是测绘卫星应用的一个重要环节,文章利用武汉大学在河南嵩山地区建设的几何定标场等基础设施实现了＂资源三号＂卫星的在轨几何定标,并对定标结果进行了试验验证。试验结果表明：基于高精度几何定标场几何定标后,＂资源三号＂卫星可以获得很好的无地面控制精度以及少量控制下的平面和高程精度,完全可以满足1︰50 000测图精度要求。     

二次多项式拟合外方位元素卫星三线阵C CD影像平差

文章针对一景大小的卫星三线阵CCD影像,采用二次多项式拟合外方位元素模型,与国外的定向片法模型进行平差算法对比.对一景大小的模拟数据进行了试验,结果表明基于二次多项式拟合外方位元素模型的平差方法有效的提高了影像的平面精度与高程精度,与定向片法模型相比,该算法简单,结果同样满足1∶5万摄影测量的要求.     

三线阵相机在轨温度场分析

文章依据"资源三号"卫星三线阵相机在轨工作环境特点,简要分析了三线阵相机热控设计的难点,给出了相应的解决措施,分析并总结了相机的在轨温度场,以相机在轨温度数据验证相机热控设计的正确性。结果表明,相机在轨温度稳定,所有温度均能满足指标要求,证明相机热控设计合理正确。