极坐标数字摄影测量理论与空间信息坐标体系初探

空间信息获取手段的多样性与数据处理的严密数学法则约束不变性,是航空航天新技术发展伴生的新矛盾。例如推扫式、变角摆头凝视、变焦距成像,航空平台动姿态、大角度飞行,高重叠、短基线效应,给处理收敛性、效率、精度、抗干扰性等带来挑战。为此基于仿生机器视差角原理和航空航天平台到地面成像的锥体投影本质,引入极坐标数学表达。文章探求了高分辨率影像稀疏性特征及病态奇异性和非收敛性破解方法,建立了一套视差角矢量极坐标处理数学模型,初步形成了极坐标理论;该方法在近景摄影测量与自由网光束法平差模型中,精度、效率、抗干扰性均有数量级提高,并在国际公开源代码3年以上,应用良好;在航空摄影测量及绝对网平差模型试验中进行了有效性验证,初步证明性能优于直角坐标处理方法;最后,给出多种应用、航天平台动姿态高阶解算特征,可望为航空航天多尺度全姿态空间信息(获取-组织-管理-存储-处理-应用)极坐标新体系构建奠定基础。

综合利用光谱特征、形态学特征和霍夫变换的无人机图像玉米幼苗分布信息提取

提出一种利用光谱特征、形态学特征和霍夫变换的无人机图像玉米幼苗分布信息提取方法。首先,从无人机图像中提取光谱特征和形态学特征,利用改进的单类随机森林算法,分别得到基于光谱特征和基于形态学特征的玉米幼苗图像分类结果。然后,利用霍夫变换方法,从基于形态学特征的玉米幼苗图像分类结果中提取玉米幼苗行线。最后,利用得到的玉米幼苗行线,优化基于光谱特征的玉米幼苗图像分类结果,得到最终的幼苗分布信息提取结果。两个研究区提取结果的对比表明,所提方法有效地结合了形态学特征与霍夫变换的特点,与现有方法相比,可以得到更好的玉米幼苗分布信息提取结果。

地理环境因子对民航飞行“接地距离远”超限事件影响分析

“15 m(50 ft)至接地距离远”是民航客机在着陆阶段常发生的超限事件。研究机场地理环境因子对该超限事件的影响,能够为机场选址和飞行品质评估提供参考依据。使用飞机快速存储记录器(QAR)数据、机场的地形和气象数据,通过全局和局部相关性分析,确定“接地距离远”事件的主要地理环境影响因子;基于地理加权回归模型,建立“接地距离远”事件频率与高程、起伏度以及气温之间的回归模型;根据回归系数,采用Kmeans聚类算法将因子的影响模式分为五类,探究地理环境因子对“接地距离远”事件影响的空间格局及作用机制。结果表明:“接地距离远”事件频率与高程、起伏度、气压和气温有显著的相关性,各因子对“接地距离远”事件的影响强度和方向存在明显的空间分异现象,同一影响模式下的机场在空间分布上呈现出聚集性。

融合粗糙深度信息的低纹理物体偏振三维重建

对于表面光滑、低纹理的目标,传统基于多视几何重建的算法难以获得理想的结果,利用偏振信息来重建这类物体是便捷有效的方法之一.然而单纯利用偏振信息进行三维重建存在歧义性等问题,难以获得理想的结果.以粗糙深度图作为先验信息可解决歧义性问题.先对偏振相机与深度相机标定并配准图像,由粗糙深度图获得的法向量辅助纠正偏振方位角歧义,再利用纠正的法向量与粗糙深度图积分融合,从而获得较高精度的物体三维表面.

基于旋翼无人机的北京城区PM_(2.5)低空垂直分布研究

近年来,我国大气污染中的PM_(2.5)所占比例越来越高。在传统的地面监测中,所获得的数据与实际情况存在较大的差距,而无人机因为其行动的巨大优势,为PM_(2.5)监测提供了有力的支持。通过改装的四旋翼无人机搭载PM_(2.5)传感器,选取冬春两季各一天对北京城区PM_(2.5)低空垂直分布进行检测并拟合了PM_(2.5)质量浓度垂直廓线方程。研究表明,冬春两季PM_(2.5)垂直分布随高度增加呈对数递减的规律,但结合EPA对于室内室外PM_(2.5)浓度关系的研究,在一般居民楼高度范围内,室内PM_(2.5)浓度与高度关系并不显著。

地球自然矢量场定位导航技术发展研究综述

地球自然矢量场定位导航具有很强的独立性与自主性,是卫星导航系统应用发展的一个重要辅助支撑和有效补充,能更好地提高多传感器融合定位导航效果.论文研究了重力场、地磁场、地形地貌高程场、偏振场、静电场等地球自然矢量场的形成机理以及用于定位导航的理论与方法模型,并针对地球自然矢量场定位导航的技术发展与国内外研究历史进行了系统梳理,形成完整的理论技术体系,对深化地球自然矢量场定位导航理论模型与技术方法研究,促进多源定位导航技术发展提供重要的理论借鉴与研究支撑.

静电场定位导航基础与技术系统

从上世纪50年代起,惯性技术逐步在导航领域占据主导地位,在80年代开始的组合导航系统中,惯性技术仍占主导地位,但惯性导航技术一直受到设置初始值和随时间精度下降的困扰,且价格昂贵.本文首先对静电陀螺及其支承原理进行阐述,处于高度真空的球形电极碗中的球形转子与碗电极之间的间隙很小,在电极与球形转子之间加上支承高压,形成强电场,当球形转子受到的静电力平衡时,球形转子就被支承起来.又通过对静电场支承系统(electrostatic suspension system,ESS)转子位移测量电路误差进的定量分析和单项测试,阐述电路各元件在总漂移误差中的分离方法和结果.在此基础上,归纳了提高精度指标的方法与途径,研制了全屏蔽、模块化结构电路,并装入了陀螺本体.

可用于天空偏振场导航的超分辨光学相机

天空偏振光场可以用于导航,但目前尚未出现一款可应用于实际的偏振导航系统,其原因之一是用于采集天空偏振光场的成像相机尚未有统一规格.本文设计了一款可以兼顾天空偏振场导航的超分辨成像的偏振光学相机.应用分焦平面偏振探测器实现快速偏振图像信息获取,采用快速移动平台与光学系统融合设计的方法满足对特殊高分辨率要求,给出了相机系统的设计结果,介绍了超分辨偏振相机的标定方法并实现了精准标定,获取了用于图像与探测器之间位移控制的精准电压曲线.应用该数据准确实现了对目标场景的偏振图像获取,同时高质量获取了天空偏振场分布数据.本文所给出的研究结果具有达到衍射极限的成像能力,光学相机具有小于50μm的场曲、小于0.7‰的畸变,同时又具有优于2倍及以上的超分辨成像能力,以高质量线偏振图像数据的获取为后续偏振精准导航和偏振特征测量提供原始数据基础.

基于天空偏振光分布模式的仿生导航定向机理初探

提出了一种利用天空偏振光分布确定仿生导航系统航向角的方法。该方法将理论分析和实验相结合,建立了天空偏振光分布的理论和实验模型;在深入分析模型的基础上,确定了为导航系统提供航向信息的导航参考线——太阳子午线;结合天文导航方法,确定太阳的相对位置。最后,建立地平坐标系为导航坐标系,举例说明了确定航向角的整个过程。

无人机高光谱成像仪场地绝对辐射定标及验证分析

利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,对航飞中搭载的高光谱成像仪进行了场地绝对辐射定标。采用朗伯性较好、且光谱性能均一,反射率分别为4.5%,20%,30%,40%,50%和60%的6块高光谱辐射性能灰度靶标,利用反射率基法对高光谱成像仪进行绝对辐射定标。为了验证辐射定标结果,实验中另外铺设了四块高光谱性能辐射刃边靶标用以模拟在自然地物中出现反射峰或吸收峰时采用辐射定标系数计算表观辐亮度所产生的差异。结果表明因仪器噪声较大,在前15个波段(蓝光波段)误差较大。在靶标光谱较为均一的波段定标反演误差较小,一般小于10%,而在靶标光谱出现反射峰区段则误差较大,但一般在10%～25%之间。

花岗岩表面二向性镜面反射分量和漫反射分量的比较研究

偏振反射与二向性反射之间存在着一定的定量关系.通过对不同粗糙程度花岗岩表面偏振反射的测量,计算出它们表面二向性镜面反射分量与二向性漫反射分量的大小,从而定量分析了花岗岩表面粗糙程度对热点与非热点区域两种分量的影响情况.同时通过分析还发现,光线入射天顶角也会对两种分量的大小起到一定的影响,而这种影响的强弱是受到花岗岩表面粗糙程度的控制.

垂直观测时水平粗糙地表偏振反射作用研究

在利用偏振遥感对地表目标或大气进行研究时,由于大气散射光相对地表反射具有更强的偏振特性,故常认为经地气系统反射回空间的太阳辐射偏振信息主要来源于大气,而在遥感反演时常忽略地表的偏振反射作用.这个结论是基于地面目标为漫反射体的假定,但事实上,在绝大多数情况下,地表并非朗伯体,在某些时候这种非朗伯体的地表偏振作用甚至超过大气的影响.本文从推导地表的偏振反射作用机理及偏振光谱解译模型出发,首次利用偏振成像光谱实验,证明了地表的偏振度在某些情况下甚至达到50%以上,说明地表的偏振作用对传感器的信号有时会有很大影响.该作用是进行定量遥感研究时不容忽视的一个重要因素.

天空偏振光分布的实验研究

生物能够进行偏振光导航定位,一方面是其本身具有对太阳光偏振方向极其敏感的视觉神经系统,另一方面是天空中存在一个可供感知的大气偏振光模式图。天空偏振光分布受观测波段、天气条件以及太阳高度等因子的影响,使大气偏振光模式图具有不稳定性,从而降低了偏振光导航的适用性。着力研究这些影响因子与天空偏振光分布之间的关系,利用全天空偏振测量方法,系统地对全波段以及红、蓝、紫3个波段的天空偏振光在不同天气条件下的分布进行了实验研究。研究结果系统地反映了观测波段、天气条件、太阳高度对天空偏振光分布的影响,表明在不同天气条件下不同波段天空偏振度分布有差异,且蓝波段更适合用于偏振光导航的探测波段。本研究为提高偏振导航的精度及实用化提供理论基础,也为大气的偏振遥感探测提供参考。

天空偏振模式图动态特性分析

大量文献表明,许多动物利用天空偏振光分布的动态特性为其提供导航信息。首先通过软件模拟平台模拟了天空偏振光分布的理论模型,并用全天空偏振测量方法获得了天空偏振光分布的实验模型。理论分析与实验结果表明,天空偏振光分布对称于最大偏振线和太阳子午线,并且以15°/h的速度绕天极点旋转。结合天空偏振光的分布情况,并详细地分析了天极点和最大偏振线在导航中所起的作用。

多波束声纳数字测深与改正模型

建立了多波束系统数字测深与波束角效应改正模型。根据多波束系统工作原理,建立多波束系统数字水深测量模型,对其中波束角效应产生的测深影响进行改正,进而模拟测量了海底地图,并以实际海底水深数据进行检验。结果表明,该模型比较符合理论分析及实际情况,测深改正效果明显。

图像匹配在海底地图匹配中的应用

应用海底地图匹配技术提高水下载体(AUV)定位精度。通过双三次B-样条曲面插值重建参考地图(RDM),选取RDM中部分地图附加正态白噪声模拟当地水深地图(LDM)。将两块地图同时转化为8位256级灰度图像,应用图像相关法进行匹配。仿真显示,该方法具有较高的匹配精度和一定的抗差特性,具有适应大面积海底地形,包括平坦区域和复杂区域的特点。

基于MODIS高分辨率气溶胶反演的ETM+影像大气校正

针对陆地遥感影像,提出一种利用MODIS遥感数据反演高分辨率气溶胶光学厚度(AOD)进行大气效应校正的方法。采用地基和MODIS卫星遥感结合的方法确定气溶胶模型,通过暗目标法确定地表反射率,反演得到1km高分辨率的气溶胶光学厚度分布。将反演的气溶胶与地面太阳光度计观测值进行对比验证发现,其相对误差小于10%,反演精度很高。将得到的气溶胶参数带入辐射传输模型中,对当天同地区的Landsat ETM+数据进行大气校正试验,结果表明,该方法反演得到的气溶胶参数可以对遥感图像进行有效的大气效应校正。与试验区同步观测地表反射率对比发现,经过大气校正后的ETM+光谱明显比校正前更接近真实地表光谱,从而更有助于地物真实光谱信息的提取及其识别研究。

海底地形辅助导航SITAN算法中二次搜索技术

在建立搜索模型和跟踪模型的基础上,提出了二次搜索加一次跟踪的地形辅助导航技术,通过在不同搜索阶段的卡尔曼滤波器分别满足留数指标和地形坡度指标获得最佳匹配位置,对传统的SITAN算法进行了改进.计算机仿真结果表明,改进的SITAN算法在理论上更加合理有效,定位精度更能够满足要求.

DInSAR监测地表三维形变的方法

本文介绍了几种利用DInSAR技术监测地表三维形变的方法,并深入分析了它们各自的优缺点,对它们的使用条件和使用中的应注意的事项进行了讨论。对于DInSAR监测地表三维形变方法的选择,应取决于数据条件,地质情况以及精度等几个因素。文章的最后展望了DInSAR监测地表三维形变方法的发展趋势。

基于辐亮度匹配的无人机载成像光谱仪外场光谱定标研究

针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪,在保证精度的前提下,提出了一种快速优化二维反演算法,利用大气吸收特征作为参照,采用辐亮度匹配的方法,在不需要测量地面反射率数据的情况下,反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少,反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证,对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm,一般优于0.5 nm。