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。     

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。     

双星TDOA/FDOA定位系统的目标定位精度分析

根据双星时差/频差(TDOA/FDOA)的定位原理,推导了目标定位精度模型,分析了目标定位精度与轨道高度、星间基线长度、TDOA测量精度、FDOA测量精度、卫星速度测量精度、卫星位置测量精度等误差源之间的关系。分析结果表明:测量因素中的FDOA测量精度和卫星速度测量精度,是影响双星定位的关键因素;而TDOA测量精度和卫星位置测量精度,对目标定位精度的影响较小。     

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。     

遥感卫星图像几何定位精度评估方法浅析

遥感卫星图像的几何定位精度是卫星遥感能力地面预估或在轨评价的重要指标之一。利用传统评价方法得到的几何定位精度不能完全反映遥感卫星的定位能力,针对不同的几何定位精度,需要更加准确的评价方法。文章首先介绍了几何定位精度的概念,并且分析了内部和外部几何定位精度的区别;其次通过对中误差和圆概率误差的研究,比较其各自的优缺点;最后采用不同的几何定位精度评价方法对仿真数据进行评估,结果表明选择合适的几何定位精度评价方法可以得到更准确可靠的评价结果。     

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。     

卫星线阵立体影像的倾斜仿射变换核线模型

核线约束是构建摄影测量立体模型的重要条件。由于卫星线阵影像的多中心投影特性，难以建立其严格的核线模型。文章从上下视差最小的同名核线特征出发，在仿射变换模型基础上引入核线倾角变化参数，提出一种新的倾斜仿射变换核线模型。通过“无误差”的虚拟同名点仿真试验表明，文章提出的模型受影像范围及地表高差影响较小，在影像区块6 000像元×6 000像元、地表高差1 000m情况下，对于不同形式卫星立体影像的模型误差均小于1个像元。进一步使用实际匹配同名点平差，实验表明：对于SPOT-5、“资源三号”和“高分七号”等卫星影像，文章模型误差相对于匹配观测误差可忽略，实际核线精度在整景影像范围内优于0.8像元，所生成核线影像能够满足后续密集匹配要求。新模型的精确性和普适性相比现有同类模型显著提升，可实际应用于卫星摄影测量处理。     

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.     

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。     

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。     

环月遥感立体影像构建的几种模式比较

通过对环月遥感立体影像构建可能被采纳的几种模式比较,从理论上分析卫星航高、立体构像基线、影像分辨率、平面测量精度、高程测量精度诸因素间的关系。提醒注意,当保持卫星高度,用指定面阵相机作正直摄影时,提高影像分辨率却不能提高高程量测精度的事实。提出了使用双相机倾斜摄影模式提高高程量测精度的建议。     

"高分四号"卫星正射校正精度分析

探究"高分四号"(GF-4)卫星影像在无精确控制点情况下进行基于有理函数模型的正射校正时,地形因素、参考影像以及高程数据对其结果的精度影响,并给出最适合GF-4卫星正射校正的经验性结论;文章分别对不同地形、不同分辨率的Landsat8参考影像以及不同分辨率的DEM数据进行正射校正实验,并从自动生成的控制点个数以及均方根误差两方面进行了精度分析。结果表明基于有理函数模型的正射校正对于不同的地形有着不同的校正效果,山地整体效果上略好于平原与城市;参考影像的全色波段与GF-4卫星影像的空间分辨率比例在0.8～1.0之间时,正射校正效果最佳;DEM对于GF-4卫星影像垂直方向正射校正效果显著,且分辨率越高校正效果越好。GF-4卫星影像的正射校正精度高低不仅与自身图像所包含的地形地貌有关,而且其参考影像与DEM数据的分辨率也会对精度有影响,宜选用分辨率相近的参考影像以及较高分辨率的DEM数据参与GF-4卫星的正射校正。     

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。     

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。     

基于脉冲星联合定位模型的TOA预测模型误差修正算法

为提高脉冲星导航定位精度,修正脉冲信号到达时间的预测误差,文章提出一种基于多航天器联合观测数据的脉冲到达时间预测模型误差修正算法。该算法利用航天器和基准站之间的联合观测数据,通过相关运算测量脉冲到达时间差;通过数学推导得出航天器与基准站之间的位置关系与脉冲到达时间预测模型的关系;利用扩展卡尔曼滤波算法融合多颗不同辐射方向的脉冲星的脉冲到达时间差,实时在线修正预测模型参数误差。仿真实验结果表明,当观测时间超过100秒时,该方法可抑制脉冲信号到达时间预测模型的漂移误差。该方法可用于基于脉冲星的深空探测器自主导航系统,提高导航定位精度和脉冲信号到达时间预测精度。     

星相机高精度校时计时方法

设计一种星相机高精度校时计时方法,星相机通过调节自身设备时钟使其与卫星时标严格对准,并精确记录对准误差,以实现与卫星同步信号的时间同步精度优于1μs,解决传统只记时不校时的时间同步方法存在较大系统误差的问题。通过时间同步误差分析和测量对校时计时方法进行验证,结果表明:时间同步误差最大值为880ns,可保证2台星相机与卫星平台之间的高精度时间同步,对提高测绘定位精度具有应用价值。     

使用北斗导航卫星及GPS／GLONASS评估惯性测量装置误差

惯性测量装置的误差对于弹道导弹的落点精度造成较大的影响，通常使用地面雷达遥测数据对惯性测量装置误差进行评估，本文提出了一种使用北斗导航卫星和GPS／GLONASS评估惯性则量装置误差的新思想，并对使用北斗导航卫星评估惯性测量装置误差的方法进行了初步的探讨。     

“资源三号”卫星正视影像区域网平差

目前卫星影像的区域网平差技术已经有了初步的发展,但大多数研究都基于国际高分辨率卫星影像,针对大区域范围内的中国卫星影像的快速平差还鲜有提及。文章以“资源三号”卫星正视影像为数据源,配合高分辨率的控制点影像和数字高程模型（DEM）数据,基于RPC（rational polynomial coefficients）模型参数精确解算和一种新的控制点选取策略对大区域范围内仅使用少量控制点的区域网平差进行了研究与试验。在试验过程中,文章采用地形坡度统计的方法来快速获取多景影像中控制点的优先选取区域,缩小控制点选取范围。除此之外,文章还通过添加选取相对较为容易的连接点替代部分控制点来保证影像平差精度。结果表明：采用文中方法能大量减少控制点选取难度并有效提高中国遥感影像的几何定位精度,真正实现数字正射影像（DOM）产品的快速生产。     

高低轨双星时频差无源定位精度

高低轨卫星联合定位是提高地面辐射源无源定位精度的有效方法。从时差基线、速度差增加方面分析了高低轨双星定位精度相对同轨卫星定位精度高的原因,推导出高低轨双星时频差定位误差分布表达式,分析了高低轨联合定位适用的时频差测量方法及其测量精度。仿真分析结果表明:在低轨卫星星下点附近较大范围内,定位精度达到百米量级。验证了双星相对位置变化、时频差测量误差、高低轨卫星自身位置速度测量误差等因素对高低轨双星定位精度的影响。     

星载蓝绿激光用于水下导航定位的方法探讨

基于蓝绿激光具有良好透水性以及水下通信可行性基础上,文章提出了一种星载蓝绿激光用于水下定位的方法。设计一个由3颗低轨卫星组成的星座,实现航行器的水下导航定位,并对其定位原理和方法进行了详细说明,分解并分析了影响蓝绿激光水下伪距测量的主要误差源。通过仿真分析表明:3颗星载蓝绿激光卫星可在一个回归周期内同时6次指向指定区域进行观测,在每次卫星过顶时实现最佳目标定位精度。结合各项主要误差影响因素估算出:利用3颗低轨卫星同时采用蓝绿激光水下目标测量,可实现水下航行器定位精度优于百米量级。