摘要：卫星激光测高技术能够获取高精度地表高程分布信息,在对地观测领域具有独特的优势。中国近年来陆续发射的高分七号卫星和资源三号03星均搭载了激光测高系统,用于全球高程控制点获取。随着高分七号卫星、资源三号03星稳定在轨运行,并持续获取激光测高数据,中国首次在激光测高领域形成相关数据产品,即自然资源卫星激光测高标准产品(SLA03)。本文以平原、有森林覆盖的山地两个不同类型区域的高精度机载点云数据为参考,对中国自然资源卫星激光测高标准产品的高程精度进行综合评价。结果显示:在使用合适的阈值剔除人工建筑、树木冠层的激光点后,高分七号卫星SLA03数据在平原地区高程精度RMSE达到0.653 m,LE90为1.055 m,其中60%以上精度优于0.3 m,而在有森林覆盖的山地下降至1.210 m (RMSE)和2.002 m(LE90);资源三号03星SLA03数据在平原地区达到1.312 m (RMSE)和2.389 m (LE90),其中50%以上精度优于0.5 m,有森林覆盖的山地则为1.661 m (RMSE)和2.999 m (LE90)。另外,高分七号卫星SLA03数据受季节因素影响较为明显,主要由植被生长引起。相关结论能够指导自然资源卫星激光测高标准产品的深入应用,并为后续卫星激光测高载荷设计与参数论证提供支撑。

摘要：利用国产卫星影像开展全球范围地理信息资源建设的前提条件之一是提升卫星影像无地面控制条件下几何精度水平。2020年7月成功发射资源三号03星(ZY3-03)是资源三号系列卫星中的第3颗高分辨率立体测绘卫星,主要用于全球范围1∶5万比例尺测图应用。卫星搭载了3台全色线阵推扫式光学相机和一台多光谱相机,可获取优于2.5 m分辨率的三线阵立体影像和5.8 m分辨率的多光谱影像。为了提升卫星影像的高程精度,卫星还设计搭载了一台单波束激光测高仪,可同步获取高精度激光测高点。本文提出了一种ZY3-03星激光测高点与立体影像联合区域网平差处理方法。利用激光测高点和同轨获取的正视影像相对平面误差较小的特性,准确获取激光测高点在立体影像上的像方位置;将激光测高点作为立体影像高程控制,并以整轨立体影像为单位开展立体影像与激光测高点的联合区域网平差,实现立体影像高程精度大幅提升。选取黑龙江省中部地区和河北省太行山地区的ZY3-03星三线阵立体影像及其同轨获取的激光测高点开展联合区域网平差试验,结果表明,平地和丘陵地形区域的ZY3-03星立体影像的高程中误差从5.27 m降低至2.58 m,山地地形区域的ZY3-03立体影像的高程中误差从11.25 m降低至4.45 m,均能满足中国1∶5万比例尺立体测图的精度要求。

摘要：针对卫星导航定位基准站高程时间序列受各类噪声干扰导致难以提取有用信号的问题,该文结合互补集合经验模态分解方法(CEEMD)算法和时移多尺度排列熵(TSMPE),提出了一种CEEMD-TSMPE的高程时间序列降噪方法。该方法利用噪声与信号各自的本征模态函数(IMF)分量的时移多尺度排列熵值存在差异的特点将其区分为噪声分量、信噪混合分量、信号分量;利用软阈值法对混合分量进行降噪;将混合分量的降噪结果与信号分量进行重构。采用BJFS站与JOEN站2000—2020年的高程时间序列和仿真信号数据进行实验分析。实验结果表明:该文提出的降噪方法可以根据信噪自身性质有效界定信噪分量并完成降噪,可为进一步研究提供可靠的数据支持。

摘要：高分七号卫星搭载了我国首个具备全波形记录能力的对地观测激光测高仪,可以大范围地获取高精度三维坐标,其定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度。针对数据特点,提出了一种阈值约束的椭圆拟合光斑质心提取算法,并建立了长周期指向角稳定性监测与分析系统。首先,用阈值法确定激光光斑轮廓的边缘;其次,通过腐蚀操作消除孔隙、噪声的影响;然后,通过椭圆拟合进一步约束激光光斑的形状,保留光斑的特征参数;最后,通过灰度重心法提取质心坐标。实验结果表明:光斑的质心位置在1.4 pixel内变化,对应的指向角度每月在0.434″内变化,较为稳定。文中相关算法、结论对我国后续激光测高卫星研制、指向稳度监测具有一定的借鉴意义。

摘要：建筑物层数获取可为城市安全和灾害隐患提供数据支撑和决策服务。目前,建筑物层数往往是基于人工调研和统计为主;基于遥感影像的建筑物高度自动反演,也存在算法效率低、提取不完整、自动化程度偏低等问题。为解决这些问题,实现快速和大范围获取建筑物层数,基于GF-7卫星影像,设计、实现了一种楼层数识别的算法,在主成分分析等预处理的基础上,采用渔网法阴影线自动提取算法,并利用阴影形成的几何关系计算楼高并转换为楼层数,最终为消除阴影长度测量误差的影响,采用支持向量机回归对算法提取结果进行误差改正。以北京市朝阳区为研究区,进行模型的训练与测试;以河南省郑州市为验证区的实验结果表明,建筑物层数总体识别精度为90.21%,6~50层的建筑物层数识别误差在3层以内。研究可为基于卫星数据快速和大范围自动获取建筑物层数提供全新的技术支撑和应用服务。

摘要：本文设计了一种高-低卫星跟踪卫星、低-低卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量相结合的新型重力测量卫星系统,其可在一定程度上发挥卫星重力梯度和低低卫星跟踪卫星两种测量模式各自的优势.基于重力卫星系统指标设计的半解析法,深入分析了不同重力测量卫星系统配置和不同观测量及其不同白噪声水平情况下,新型卫星重力测量模式反演重力场模型的能力.数值模拟分析结果表明:在观测值精度和星间距离相同的条件下,轨道高度是影响重力场反演精度的关键因素;随着星间距离的增大,高频重力场信号反演精度会先提高后降低,轨道高度在200~350km之间时,星间距离在150~180km之间时反演精度最优;星间距离变率和卫星重力梯度两类观测值仅在某些精度配置时可达到优势互补,如果某一类观测值精度很高,则另一类观测值在联合解算时贡献非常小或者没有贡献.在300km轨道高度,若以GRACE和GOCE任务的设计指标1μm·s-1/(Hz)^(1/2)和5mE/(Hz)^(1/2)来配置新型重力测量卫星系统中星间距离变率和引力梯度观测值的精度,联合两类观测值解算200阶次模型大地水准面的精度比独立解算分别提高1.2倍和2.8倍.如果以实现100km空间分辨率1~2cm精度大地水准面为科学目标,考虑卫星在轨寿命,建议轨道高度选择300km,星间距离变率和卫星重力梯度的精度分别为0.1μm·s-1/(Hz)^(1/2)和1mE/(Hz)^(1/2).本文的研究成果可为中国研制自主的重力测量卫星系统提供参考依据.

摘要：高精度在轨几何定标是星载激光测高仪有效应用的基础,在参考国外冰、云和陆地高程卫星(Ice,cloud and land Elevation Satellite,ICESat)卫星搭载的地球科学激光测高系统(Geo-science Laser Altimeter System,GLAS)几何定标的基础上,提出了一种基于地面红外探测器的星载激光测高仪几何定标方法。采用资源三号02星上搭载的国内首台试验性对地观测激光测高仪的真实数据开展了实验验证。实验结果表明:地面红外探测器能有效捕捉到激光测高仪对地发射的激光信号,几何定标方法能有效消除指向角的系统误差项,标定后平面绝对精度可提高到15.0 m左右,而华北某地高精度地形数据验证表明其绝对高程精度可提高到1.09 m,少量点高程误差小于0.5 m。虽然精度水平离国外GLAS还有一定差距,但相关结论能为后续国产激光测高卫星的优化设计、数据处理与应用提供参考。

摘要：Allan方差是现在应用最广泛的随机误差辨识方法之一。大量的试验表明Allan方差可有效地分离出导航过程中的多项随机误差,但是Allan方差也有自身的局限性。针对Allan方差在处理大数据量时计算效率低下、辨识度受粗差的影响较大的问题,本文提出了简化Allan方差算法的方案。首先,在确保Allan方差计算准确的前提下,以提高Allan方差计算效率为目的,对Allan方差算法进行简化;然后,利用抗差加权整体最小二乘(RWTLS)模型的迭代算法对简化后的Allan方差辨识结果进行抗差拟合处理;最后,以光纤式惯性测量单元(IMU)为分析对象,设计试验方案对简化后的Allan方差进行验证。

摘要：空间分辨率是衡量遥感载荷光学成像性能的重要指标。传统二维扇形靶标影像难以直接用于载荷空间分辨率检测,精度受限于载荷构像模型以及影像校正处理方法。本文结合圆球球面数学模型,设计了扇形与网格混合的球面靶标,提出了一种直接在球面靶标影像上进行光学成像载荷空间分辨率检测方法。该方法针对球面同心圆移动椭圆成像以及偏心率局部一致特点,沿球面同心圆圆心直线方向进行多尺度椭圆拟合,并通过多尺度拟合椭圆长半轴的相对比例关系来精确计算遥感载荷空间分辨率,达到直接基于球面靶标中心投影影像进行载荷空间分辨率检测的效果。采用仿真球面靶标进行检测方法准确性验证,实验结果表明,本文方法具有优于传统检测方法的检测精度。进一步采用中国(嵩山)卫星遥感定标场中布设的实体球面靶标,开展了光学成像载荷空间分辨率检测实验,验证了本文方法的空间分辨率直接检测能力和检测结果有效性。

摘要：高精度的地表目标三维观测结果需要卫星激光测高仪对其系统误差进行定期的在轨标定工作,这包含系统误差的估计和校正以及标定结果的精度检验,现有方式分别通过姿态机动法和足印探测法予以实现.然而,姿态机动方式不适用于我国的卫星平台,传统足印探测方式没有针对系统误差的估计模型,仅能用于标定结果的精度检验.本文推导了基于足印探测方式的激光指向角系统误差估计模型,使得足印探测法能完成包含在轨误差校正以及精度检验的工作闭环,同时对用于激光足印获取的地面能量探测器进行了改进设计.通过设计仿真实验对所推导的误差估计模型进行验证,并量化分析了探测器阵列激光入射角度、标定场地表粗糙度及探测器布设间距等因素对系统误差校正精度的影响.结果表明,若要实现1.8 m的水平定位精度(对应0.6 arcsec激光指向精度),探测器阵列间距达到20 m即可,探测器阵列面的入射角需高于3°,标定场地表粗糙度需小于10 cm.以上结论对我国未来发射GF-7号光学/激光立体测绘卫星具有重要参考价值.