高分三号卫星图像质量指标设计与验证

图像质量指标是衡量合成孔径雷达(SAR)卫星成像能力及定量化应用水平的重要指标。在进行高分三号(GF-3)卫星总体设计时,根据海洋、减灾、水利、气象等应用领域的需求,提出了能够兼顾各行业用户典型应用及定量化反演的图像性能要求,确定了几何质量指标和辐射质量指标2类共13项图像质量指标,分析了卫星平台、SAR载荷、空间传输、地面定标及处理等各项因素对图像质量指标的影响,总结了通过卫星总体设计保证各项图像质量指标的方法及手段。GF-3卫星的在轨测试及业务化运行,验证了图像质量指标的符合性,可为后续SAR卫星的研制提供设计参考。     

高分多模卫星图像质量保证和验证

针对高分多模卫星敏捷成像模式开展图像质量预估,识别出关键影响因素,并在工程设计和研制过程中采取相应措施保证图像质量。通过适当提升星下点分辨率,保证卫星一定机动范围内的0.5 m分辨率;配置大气同步校正仪,消除大气对高分辨率图像的影响;采用积分时间分片设置,解决卫星大角度成像时中心和边缘视场像移速度差异大的问题;采用积分时间实时设置,解决主动推扫成像过程中焦面像移速度变化快的问题;通过地面处理,解决主动推扫成像模式下图像内部均一化的问题。高分多模卫星在轨测试结果表明:研制过程中采用的图像质量保证措施有效,敏捷成像模式下的图像质量符合预期要求。     

载人飞船图像系统优化设计及验证

针对载人飞船图像传输质量低的问题,根据测控体制及信道资源约束现状,提出一种载人飞船图像系统优化设计,通过对载人飞船上图像压缩编码算法改进和地面图像增强,实现在沿用载人飞船整体方案的前提下图像传输质量的提升。载人飞船上图像压缩部分,通过提升单帧图像的分辨率和降低帧频,实现传输带宽不变前提下图像质量的提升。地面图像增强部分,通过对载人飞船上原始图像进行深度网络数据预处理和基于深度网络的低质量视频增强,解决经过编码传输后视频分辨率低、压缩噪声大、运动模糊严重的问题,进一步提升图像质量。经过实例验证,通过改进载人飞船上图像压缩编码算法,在双幅模式下,峰值信噪比(PSNR)提升约2.000 dB;在单幅模式下,PSNR提升约1.800 dB。通过增加地面图像增强系统,PSNR提升约2.000 dB。     

低轨遥感卫星Ka频段自适应编码调制应用效能分析

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星对地数据传输能力提升提出了迫切需求。当前低轨遥感卫星对地数据传输采用固定编码调制(CCM)和可变编码调制(VCM),未利用仰角增大时大气损耗减小带来的信道条件改善,对链路资源造成较大浪费。自适应编码调制(ACM)在VCM基础上,充分利用大气损耗的时变特性,可进一步提高链路的数据吞吐能力。为综合衡量数据传输性能,文章提出低轨遥感卫星传输效能因子指标,并对Ka频段降雨特性不同的喀什、北京、三亚地面站CCM,ACM,VCM的传输效能进行了对比分析。仿真结果表明:按链路可用度最大的原则设计时,ACM的传输能力明显优于VCM和CCM,显著提高了数传系统的综合传输效能。     

星载云检测算法的FPGA实现

对于光学遥感卫星而言,云的存在遮挡了地物,对卫星图像数据获取的质量造成了很大影响。对云进行实时有效的检测,可以把云图识别并分离出来,根据卫星的不同需求进行分类处理。一方面,为了减轻卫星数据传输通道的压力,云图可以不对地面传输;另一方面可以对云图进行高倍数压缩,由此节省出来的数据量可以给非云图像提供更高的压缩质量。提出的一种云检测FPGA实现方法,检测效果良好,厚云检测率达到97%,目前已成功应用于多颗卫星。     

基于系统函数优化的非规则天线阵列综合孔径辐射计亮温反演算法

为改善非规则天线阵列综合孔径辐射计反演图像质量,提出了基于系统函数优化的亮温反演方法。通过优化非规则天线阵列的系统函数,消除单元天线非规则排列对系统性能的影响,并在优化过程中引入正则化,稳定反演图像。为补偿正则化引起的反演图像质量损失,在反演算法中引入了迭代运算。仿真结果表明:所提出的反演算法能有效改善非规则天线阵列综合孔径辐射计的亮温反演图像质量,可应用于基于小卫星编队的分布式综合孔径遥感图像反演中,并能为基于小卫星编队的分布式综合孔径阵列优化提供理论基础。     

一种通过卫星链路传输遥测数据的方法

本文从一个飞行试验遥测数据超远距离传输的特殊应用出发,论述了建立卫星通信链路的有关问题,通过考虑卫星上行和下行链路以及大气传播损耗对载噪比的影响等因素,获得系统总的BER性能,并指出采用FEC技术和连续可变速率QPSK调制技术是实现系统性能的必要手段。     

摄影测量卫星绕飞编队设计及其三维定位研究

在现代卫星摄影测量中,由多颗小卫星组成的卫星编队具有比单颗卫星更优越的性能,能提供更高的空间分辨率和时间分辨率.通过对绕飞编队特性的研究,提出了一种适于摄影测量的卫星绕飞编队构形.该卫星编队具有空间构形不变、覆盖范围大,图像比例尺一致等优点.对地三维定位仿真的实验结果表明基于卫星编.队拍摄的具有航向和旁向充分重叠的区域网图像,在摄像机光心坐标精确确定的条件下,利用光束法区域网平差就可以确定地面目标点坐标,即用空中控制完全代替地面控制是可行的.     

FY-2C星地面应用分系统指令与数据获取站

介绍了风云二号(FY-2)C星地面应用分系统数据与指令接收站(CDAS)的主要技术指标、工作流程,以及与C星的星地接口与地面应用分系统其他部分的接口.说明了CDAS的天伺馈、信道、图像获取(IAS)、三点测距(TRRR)、数据收集(DCP)、遥测遥控(TT&C)、卫星模拟器、标校、时间统-、低速信息传输(LRIT)信息编码与发送等子系统的组成与功能.阐述了C星CDAS的设计原则,以及用群调技术实现DCP的数据解调、用扩频伪码进行TRRR定位、图像处理、TT&C增加图形化界面控制、正交相移键控(QPSK)解调器抗长连"1"功能等关键技术.在轨测试和试运行期间,C星的CDAS不仅解决暴露的问题,而且进行适应性调整.验收前测试结果表明,其功能及技术指标满足业务运行要求,设备工作正常、性能稳定.     

基于人类视觉特性的遥感图像优化显示及应用

在分析遥感图像主观质量（Subjectivequality）评价的基础上,提出基于人类视觉特性的优化显示技术．并应用于遥感图像压缩、相对辐射校正评价和噪声估计。结果表明：当图像以50％比例放大时,处理前后的效果不明显：以100％比例放大时,差异性开始出现;当显示比例提高到200％时,图像的噪声、条纹及退化现象比较容易发现与识别。因此,当需要比较两幅图像差异及监测图像质量变化时,建议显示比例设为200％。上述成果已成功应用于CBERS-02B卫星HR相机及后续高分辨率相机压缩方案的评价,也用于中国卫星遥感地面处理系统的图像质量监测。     

观测值质量定权的北斗多模导航RNP性能评估方法

依据伪距测量误差与载噪比随机模型描述的卫星导航观测值质量,确定加权最小二乘法权矩阵。基于加权思想对北斗多模导航系统的精度、可用性及RAIM预测等RNP基础性能进行评估,准确反映北斗多模导航系统民航应用所需导航性能。仿真实验表明,观测值质量定权的方法可以改善卫星导航系统的加权解算模型,提高BD2/GPS双模导航系统的导航精度。在"北斗二代"导航系统公开服务区域测试及"北京-上海"航路测试中,BD2/GPS双系统加权RNP性能评估结果满足国际民航组织对卫星导航系统民航应用的要求,且优于单一系统。     

Q/V频段波导传输系统电磁损耗研究

在规划通信卫星有效载荷Q/V频段频率时,波导传输系统损耗已经成为影响系统噪声系数、接收品质因数G/T以及发射EIRP的关键因素,对其研究具有具有重要的工程应用价值.本文在研究电磁波传输系统边界效应的基础上,一方面提出趋肤深度与金属镀层相关联的理论,依据该理论总结出通信卫星使用频段与波导金属镀层的典型对应数据,用于指导工程制造;另一方面通过衰减系数与表面粗糙度的关系,探讨了表面粗糙度对电磁损耗的影响,提出基于Huray模型模拟金属表面微观形貌,用于仿真分析Q/V频段波导损耗.并就仿真分析数据与实际测试数据进行比对,获得了良好的一致性.     

基于空域的自适应MTFC遥感图像复原算法

由于遥感图像成像过程中受平台运动、传感器成像性能、大气扰动等因素影响,使得图像品质退化。文章提出一种基于空域的自适应调制传递函数补偿法对遥感图像进行复原。该算法根据实验室实测的调制传递函数值,考虑光学系统、探测器与电子元器件等对图像品质的影响,构造有限长脉冲响应计算去卷积核,对图像进行去卷积时根据相机成像所设参数(包括积分级数、增益等)下不同灰度的信噪比信息,兼顾景物内容进行自适应的抑噪处理。该算法已成功应用于"高分二号"(GF-2)卫星图像地面处理中,试验结果表明该算法在有效提高图像清晰度的同时能够保证图像的信噪比,从而改善了图像品质。     

基于空间谱域的分布式无源雷达成像性能分析

无源雷达成像即利用空间中存在的多个辐射源和接收站,同时对同一目标进行多角度成像,从而获取丰富的目标特征信息,它是当前雷达成像领域的研究热点之一。文章对无源雷达成像性能的影响因素进行分析,从多个辐射源、多个接收站和目标组成的空间三维构型出发,建立了目标回波模型,推导出回波数据与点散射函数之间存在的空间谱域映射关系。以北斗卫星辐射源为例,使用后向投影（back projection,BP）算法对多点目标进行成像仿真。仿真实验从辐射源与接收站数量、辐射源与接收站排布间隔以及辐射源与接收站构型三方面,有效验证了空间谱填充与成像质量的关系,为后续无源雷达成像系统的设计提供理论支撑。     

DRFM系统中A/D变换的电磁兼容性设计

讨论了DRFM系统中高速高精度、低噪声和强抗干扰性A/D变换的电磁兼容性设计。在建立A/D变换所受电磁干扰模型的基础上 ,分析各种电磁干扰因素 ,采取相应措施抑制干扰源 ,切断干扰途径 ,取得理想的工程设计效果。瞬时工作带宽、输出信杂比、频率复制精度和MTBF等重要参数性能均达到设计要求。     

摄影测量卫星绕飞编队设计及其三维定位研究

在现代卫星摄影测量中，由多颗小卫星组成的卫星编队具有比单颗卫星更优越的性能，能提供更高的空间分辨率和时间分辨率。通过对绕飞编队特性的研究，提出了一种适于摄影测量的卫星绕飞编队构形。该卫星编队具有空间构形不变、覆盖范围大，图像比例尺一致等优点。对地三维定位仿真的实验结果表明：基于卫星编．队拍摄的具有航向和旁向充分重叠的区域网图像，在摄像机光心坐标精确确定的条件下，利用光束法区域网平差就可以确定地面目标点坐标，即用空中控制完全代替地面控制是可行的。     

基于速度滤波的杂波抑制步进频率波形设计研究

杂波是影响高分辨雷达宽带一维距离像成像性能的重要因素。强杂波可能会造成目标点遮盖和虚假目标点,影响雷达的检测性能。针对步进频率成像杂波抑制问题开展波形研究,提出了一种抑制杂波的步进频率(CS-SF)新波形。CS-SF发射波形为组内同频、组间步进的脉冲串,利用目标与杂波的速度差异,通过组内加权抑制杂波,组间离散傅里叶逆变换(IDFT)提高距离分辨率。详细分析了该波形抑制杂波的原理和信杂比改善理论值,给出了CS-SF波形信号处理流程,建立了单目标杂波模型和扩展目标杂波模型。通过仿真验证了CS-SF抑制杂波的有效性,信杂比改善实际值符合理论值。     

基于信源信道联合编码的遥感图像传输

针对遥感应用对图像质量日益提高的需要,提出了一种基于层次树的集合分割算法（SPIHT）和低密度校验（LDPC）码联合编码的遥感图像高质量传输方案。此方案充分利用SPIHT编码后数据流按重要性排序,以及LDPC码的误码率性能与码率和迭代次数密切相关的特性,克服了SPIHT压缩数据流对噪声敏感的缺陷。高斯信道仿真结果表明,在码元噪谱密度比（Eb/N0）较低的情况下,利用此传输方案获得的图像恢复峰值信噪比（PSNR）,比传统的分离编码高7dB以上。     

高分七号卫星数据处理与传输分系统设计与验证

针对高分七号卫星高速数据和快速下传需求,设计了数据处理与传输分系统。该分系统突破压缩码率自适应控制、多模式矢量调制、可变编码调制、分布式上行程序文件管理、大容量存储管理等多项关键技术,在轨实现了11 Gbit/s图像处理、双通道2×1.2 Gbit/s传输。分系统设计提升了图像压缩质量,增强了数据下传能力,提高了高分七号卫星的应用效能,可应用于后续高分辨率遥感卫星。     

“高分二号”卫星相机影像辐射质量评价

"高分二号"(GF-2)卫星是国家高分辨率对地观测系统重大专项首批星之一,搭载了两台均为23km幅宽的0.8m全色/3.2m多光谱相机(简称"PMS相机")。该卫星的发射标志着中国卫星达到"亚米级"水平,对所成图像进行分析对于促进各领域应用研究具有重要意义。文章从用户最为关心的图像细节能量及边缘能量、信噪比、双相机辐射一致性等方面对GF-2卫星PMS影像辐射质量进行客观、准确的评价与分析,结果表明:GF-2卫星相机经地面处理系统对边缘能量补偿后,图像清晰、信噪比高、双相机辐射一致性好,能够有效反映不同地物的纹理细节特征,品质良好。