提高光学遥感卫星图像几何精度总体设计分析

针对如何提高我国光学遥感卫星图像几何定位精度问题,从影响几何成像质量的关键要素——内外方位元素出发,介绍地面几何处理方法,并基于多颗卫星研制、地面量测试验及在轨验证情况,对高分辨率光学遥感卫星和多线阵观测卫星的几何精度的星-地全链路影响误差项进行对比分析,通过理论分析找出了约束我国高分辨率遥感卫星几何精度的关键问题,最后探讨了如何通过星上设计配合地面处理提高高分辨率遥感卫星的几何精度。     

光学遥感卫星平面定位精度误差分析

高分辨率光学遥感敏捷成像卫星,在无地面控制点条件下,要达到米级的平面定位精度,需进行卫星系统全链路的误差分析,对系统误差进行高精度标定,对随机误差进行有效抑制。通常光学遥感卫星的几何定位分为物理几何模型和通用几何模型,物理几何模型基于共线方程,使用光学遥感器内方位元素和卫星平台姿轨外方位元素共同建立遥感图像的精确几何定位模型,其中光程差和大气折射等环境影响要素不可忽略,需要通过建模消除其偏移量。文章通过物理几何模型和通用几何模型的转换,利用WorldView-2卫星数据和参数进行了精度交叉验证,结果表明经过光程差和大气折射偏移校正之后,计算分析得到的平面精度与公布的无控制点精度优于5m(90%概率圆误差)的结果基本一致,说明了误差分析方法的正确性。     

卫星影像定位精度评估探讨

卫星影像的定位精度是摄影测量卫星的重要特征和关键技术指标,在进行卫星影像定位精度评估时,不同研究机构对卫星影像定位精度有不同的评估方法和统计标准,导致在进行不同卫星影像定位精度比较时,易出现理解上的偏差和统计上的误差。文章首先从误差概念入手,介绍了系统误差和偶然误差特性及相互关系;其次,以摄影测量光束法平差理论为基础,重点分析了摄影测量定位精度中内部精度和外部精度的评估方法;最后,阐述了中误差与圆误差之间的关系,并给出了两者间的转换关系。文章有助于理清卫星摄影测量定位精度评估中误差之间的关系,正确评价不同卫星的定位精度。     

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。     

国产光学卫星影像几何精度研究

受卫星设计和关键硬件制造水平的限制,我国高分辨率光学卫星影像的自主几何定位精度与国际先进水平仍有一定差距。针对在轨的国产光学卫星的影像几何精度问题,文章从误差源分析入手,提出了国产光学卫星影像几何精度提升理论和方法,通过在卫星数据处理过程中自动检测、消除包括设备安装,姿态、轨道测量,相机畸变,时间同步等多种误差,提高了卫星影像的几何精度;并对高分辨率卫星数据的几何精度提升状况进行了验证。结果表明:经过所提出的几何精度提升方法处理后,国产卫星的带控制点影像几何定位精度均可达到1.5像素,显著优于原设计指标。     

顾及光行差改正的遥感卫星成像模型及验证

结合光学遥感卫星的几何特性和成像机理,系统地分析了光行差效应对光学遥感卫星对地观测精度的影响。根据光行差效应影响的机理与特点,文章推导出了严格的光行差模型,并通过一个变换矩阵将该模型引入到传统共线方程模型中,实现了模型中光线真方向向量与视方向向量之间的转换。在实验阶段,通过两组实验对本模型的精度和有效性进行了对比验证,首先基于不同侧摆角的模拟影像对比分析了传统模型和本模型的定位精度,然后,结合几何定标的补偿效应,对比分析了两种初始模型及定标后的精化模型在不同侧摆角下的定向精度,进而验证各模型对光行差的改正效果。实验结果表明,文中方法可以有效的补偿卫星影像由光行差引起的几何误差,提高敏捷光学卫星大侧摆成像时的定位精度。     

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.     

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。     

CBERS-02B卫星HR相机遥感影像区域网平差技术

针对CBERS-02B卫星HR相机遥感影像的几何定位精度不高,不能满足有些用户的要求,提出了基于有理多项式（Rational Polynomial Coefficient,RPC）模型的区域网平差技术,并利用多幅CBERS-02B卫星HR相机遥感影像进行了区域网平差试验,结果表明该方法能有效地提高遥感影像的几何定位精度...     

基于时间误差补偿的HJ-1C卫星几何定位改进

利用距离多普勒算法对 HJ-1C（“环境一号”C）卫星图像进行定位,其初始定位精度为1100~1400m,不能很好地满足实际应用的需要。进一步分析后发现,HJ-1C卫星图像几何定位误差主要分布在方位向,通过对影响HJ-1C卫星几何定位精度的因素进行分析,得出合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）时间误差是影响几何定位的关键因素,因此文章提出通过时间误差补偿提高HJ-1C卫星几何定位精度。该方法首先计算SAR时间误差,然后对SAR载荷时间进行补偿,最后利用距离多普勒算法进行定位,并对HJ-1C卫星图像进行了验证。结果表明,HJ-1C卫星定位精度提高到300m左右,得到了有效的改进。     

推扫成像遥感卫星图像定位精度分析与设计

分析了影响推扫成像遥感卫星图像定位精度的各种误差源,给出了一种图像定位精度的分析和设计方法,分析了侧摆成像条件下高程和目标斜距的不确定性对图像定位精度的影响。     

中国海洋一号卫星遥感图像GPS地理定位算法研究与实现

介绍了GPS数据在中国海洋一号卫星遥感图像地理定位中的应用,即利用中国海洋一号卫星下行数据中的GPS数据和轨道拟合技术,得到卫星轨道参数,从而对中国海洋一号卫星十波段水色扫描仪获取的遥感图像进行地理定位。该技术突破了遥感图像地理定位必须利用卫星轨道报的传统手段,为配备有GPS的新一代遥感卫星的用户提供一种简便有效、定位精度高的地理定位方法。该方法定位精度优于利用轨道报进行地理定位得到的结果。     

应用偏最小二乘法的卫星图像在轨几何检校方法

高精度几何模型的建立及其参数的解算,是卫星图像在轨几何检校的核心工作。文章提出了一种应用偏最小二乘法的多参数误差方程整体解算方法,以解决基于误差几何模型的参数整体检校模型参数众多、参数间存在强相关性、参数估计复共线性等问题。以我国资源三号(ZY-3)卫星正视相机为例,对提出的方法进行验证。结果表明:文章提出的是一种精确、可靠的卫星图像在轨几何检校方法;在仅做一次几何检校时,ZY-3卫星正视相机相同数据平面定位精度优于3.10m,1年以后的平面定位精度优于15.00m。此方法可广泛应用于高分辨率光学卫星图像的在轨几何检校。     

我国陆地定量遥感卫星技术发展

从几何定量与辐射定量两个维度对我国陆地卫星技术发展进行总结与展望。近年我国陆地卫星的空间分辨率、几何定位精度等几何定量能力大幅提高,图像辐射质量明显提升,推动了我国卫星图像在行业的广泛应用。随着空间基础设施等规划逐步落地实施,将进一步补充激光、超光谱、多角度偏振成像等多种遥感探测手段,具备亚纳米级地物光谱与地表空间垂直结构的精确探测能力,提升图像辐射定标与光谱定标精度,促进我国陆地定量遥感卫星技术与应用发展。     

卫星定位误差椭球的几何特征研究

在卫星导航定位的误差分析中,准确估计定位误差椭球的几何特征有利于更好的描述定位精度,为估算定位精度参数提供依据。本文研究卫星定位中误差椭球的轴方向、轴长和轴比。通过分析精度衰减(Dilution of Precision, DOP)矩阵的特征向量和特征值,分离其中的三维定位部分和与钟差有关部分,构建了定位误差椭球的理论模型,并给出误差椭球轴方向、轴长和轴比的计算公式。结合GPS星座,在全球范围内选取8个有代表性的地点对该模型开展仿真分析,表明该理论模型可以准确的描述定位误差椭球的几何特征,误差椭球的轴方向、轴长和轴比与模型给出的理论值非常符合。同时,利用8个地点中2个地点附近的IGS测站秒级实测数据进行定位解算,对定位误差椭球进行了分析,结果表明测站误差椭球诸参数的理论值与实测结果基本一致。     

一种空间推扫型光学成像系统几何映射方法

卫星光学遥感器在轨成像会受到颤振的影响,因此图像品质受姿态稳定度的影响很大,而高分辨率图像受到平台误差的影响更加明显。通过研究空间相机的几何模型,提出了一种从地球坐标系到空间光学遥感器坐标系之间的转换关系;分析了在轨卫星的姿态误差和运动源,并在几何模型中加入了内外方位元素特征;然后进行了空间TDICCD相机的成像仿真实验。为了在像面上模拟颤振,分别进行不同模态的颤振仿真,并且对视线范围内多模态综合作用进行仿真。仿真实验是基于三个轴系方向的,并且计算了TDICCD仿真图像的几何畸变量,模型中几何畸变量的测量尺度达到亚像素级,结果有利于指导卫星平台和遥感器的参数设计。     

基于改进的切比雪夫多项式轨道的 SAR影像正射纠正

在利用SAR(合成孔径雷达)严格几何模型(距离-多普勒)进行影像正射纠正时,为消除卫星轨道误差对影像正射纠正精度的影响,提出了一种新的卫星轨道模型——切比雪夫多项式。首先利用切比雪夫多项式对SAR影像元数据中提供的若干卫星轨道状态矢量进行拟合,以获得影像成像期间内卫星轨道状态矢量关于时间的函数关系式;然后利用少量地面控制点修正切比雪夫多项式拟合的参数;最后将修正之后的卫星轨道模型用于SAR严格几何模型的正射纠正,从而提高正射纠正影像的定位精度。结合SAR的几何成像参数、数字高程模型,选择广西桂林某地区的Radarsat-2卫星拍摄的SAR影像进行试验,利用所提出的方法与传统正射纠正方法进行对比,试验结果得出正射纠正精度在40m以内,定位精度优于传统方法。     

北斗导航系统的快速选星算法研究

为解决卫星导航系统定位精度与实时性的矛盾,文章以北斗卫星导航定位系统为研究对象,针对基于高度角和方位角的快速选星算法进行研究,通过仿真对比最佳几何误差因子法得到的几何精度因子(GDOP)值与基于高度角和方位角的快速选星算法得到的GDOP值以及它们的计算复杂度,从而验证该方法的可行性及更好的实时性。同时,通过对比3个星历时刻中不同的顶座星和底座星数目的各种组合及其对应的GDOP值,得到该算法中顶座星和底座星数目的最佳选取方案。     

敏捷光学卫星无控几何精度提升途径探讨

针对敏捷光学卫星无控制点几何精度,提出了区分高频和低频姿态误差、同时考虑定位误差的精化传播模型,通过仿真分析得出了低频姿态误差及姿态稳定度误差对定位精度的影响规律,并以满足30m平面定位精度和1:50 000比例尺测图要求为例,进行了定位误差分配和定位精度预估,提出了提高无控定位精度的措施。结果表明:星敏感器低频姿态角误差主要造成了水平位置方向的系统误差,但其在高程位置方向的系统误差可以通过卫星前后对称俯仰成像进行消除。当定位精度要求30m量级时,星敏感器低频误差和夹角稳定性不需要在现有卫星水平上加严控制,但是应尽量采用大基高比,同时采用异侧对称立体成像方式,避免系统性低频姿态误差带来额外的高程误差;当精度要求满足1:50 000时,应配置0.9″精度星敏感器,200Hz以上高频姿态测量设备和在轨夹角检测装置,同时将低频误差有效控制在5″以内等,以满足15m平面,6m高程的精度要求。     

卫星多源遥感图像融合研究

卫星多源遥感图像融合技术可以综合利用多源信息,从而获得对同一目标更全面、更清晰、更准确的认识。文中简介卫星多源遥感图像融合系统所包含的三个过程,即预处理、图像融合、综合评价及应用;详细分析像素层、特征层和决策层三个不同融合层次的融合原理和方法;归纳融合效果的主客观评价标准和熵、平均梯度等六种评价指标;最后从空间配准模型、建立统一的数学融合模型、关联的二义性、数据融合方法与融合系统实施存在的问题、有效的评价准则等方面讨论了卫星多源遥感图像融合目前存在的问题,并对今后的发展趋势作出展望。