结构突变航天器惯量参数在轨辨识方法

针对在轨服务的航天器惯量参数突变情况,提出了基于卫星在轨姿态测量及控制信息实现惯量参数实时辨识的方法,设计了递推最小二乘(RLS)及扩展卡尔曼滤波(EKF)辨识算法。在RLS算法中引入自适应遗忘因子,每次递推过程中通过分配先验数据和当前数据的权重确保产生突变后辨识值的及时跟踪;在EKF算法中明确先验预测协方差中参数变化的影响,将其代入更新预测协方差矩阵以应对惯量参数的突变。仿真结果表明,考虑惯量参数突变的场景,RLS算法和EKF算法的辨识精度可达1.5%和1%,辨识时间分别优于30 s和40 s;考虑惯量缓慢时变的场景,两种方法均可实现惯量参数的在轨实时辨识,辨识精度满足姿控系统需求。

基于北斗导航系统的三频载波相位高精度时间长距离传递方法研究

全球导航卫星系统(GNSS)是高精度时间长距离传递技术重要应用手段。针对高精度时间长距离传递受限于全球定位系统(GPS)载波信号组合的问题,该文提出一种基于北斗导航系统(BDS)的三频载波相位高精度时间长距离传递方法。分别对BDS不同载波信号B1、B2、B3进行两两组合,通过二次叠加无电离层,消弱各种全链路误差影响,验证了B12和B13组合时间传递精度最低,B13和B23组合时间传递精度最高,3种组合的时间传递均方根(RMS)误差差异不超过0.03 ns。与国际精密钟差产品比较,结果表明在2600 km的时间链上,基于BDS的三频载波相位的时间传递均方根误差小于0.244 ns,基于BDS的三频载波相位长距离时间传递可以实现亚纳秒级,可为全球导航卫星系统应用提供技术支撑。

基于深度神经网络的星敏感器成像在轨校正方法

由于卫星在轨时受空间恶劣环境干扰,星敏感器相机在轨输出的图像相对于地面标定时产生畸变,制约其姿态测量的精度,且受在轨运行条件的限制难以进行实时有效的图像校正,造成星敏感器精度受限。针对以上问题,文章提出一种可用于在轨校正星敏感器畸变的方法,通过构建星点畸变坐标与星库理论坐标的映射数据集来训练神经网络模型,拟合星敏感器成像的非线性畸变,实现高精度图像畸变校正。为了验证该方法的图像畸变校正能力,文章进行了模拟星图仿真试验,试验结果显示,星点测量坐标与理论坐标平均误差在校正后从0.7237像素降至0.0586像素。该结果表明文中所提出的校正方法可以使星敏感器解算精度得以显著提升,且具备在轨学习能力,可扩展应用到其他星上载荷的图像校正。

基于北斗导航的智能供水管理系统设计与应用

为解决我国大面积耕地供水管网漏损率偏高、巡检效率低下的问题,对漏水或爆管等现象迅速察觉并及时处理,同时提供最优巡检路径,设计了一套基于北斗时空技术(定位、授时、短报文)的智能供水管理系统,介绍了系统的功能、构成及工作原理。结合实际应用,管理人员可以在智能供水管理系统中实时查看供水管网关键监测节点处的时间、位置、压力、流量等信息。同时,系统通过可视化方式告警,将相关告警信息及时发送给管理人员,对于管线巡检,系统会自动生成最优巡检路径,提高巡检效率,助力智能供水管理系统的建设。

ZY-3卫星姿态插值与拟合方法研究

卫星姿态作为构建ZY-3卫星高分辨率遥感影像严密几何成像模型的必要参数,其精度对卫星影像几何定位精度有直接影响,因此研究如何获取卫星成像时刻的三线阵影像扫描行精确姿态具有重要意义。本文分别基于多项式插值方法、多项式拟合方法及球面线性插值方法对ZY-3卫星星上直传精密姿态进行了拟合与平滑,进一步与基于高精度几何定标场反演的对地相机精密姿态进行了比较。研究结果表明,基于欧拉角姿态参数的插值拟合方法同样适用于四元数姿态参数,两者精度相当,且姿态拟合精度可以达到1~2角秒级,为遥感影像高精度几何处理提供精确可靠的外方位角元素。

基于线加速度计的高分辨率光学影像颤振检测与重建方法

卫星平台颤振条件下,推扫式高分辨率光学影像成像往往产生扭曲,从而影响影像的定位及信息提取精度。针对当前颤振下影像成像扭曲补偿的问题,提出一种基于线加速度计测量平台颤振下的稳态重成像模型实现高分辨率卫星颤振扭曲影像的重建。采用受平台颤振影响而扭曲变形的高分某型号卫星全色影像数据进行验证。分析结果表明:提出的线加速度计可以有效检测并测量出平台的颤振,设计的颤振影像地面重建模型可以有效提高光学影像成像质量,补偿后影像扭曲变形现象明显消除。

近60年南宁市城区城市空间扩展遥感监测研究

为研究南宁市近60年的城市空间扩展状况,了解南宁主城区在时间序列上的发展历程。以1960~2017年多源遥感影像为数据源,结合专题资料提取了南宁市主城区9个时相的城区范围。通过对城市主成区城市扩展强度和速度指数、人口—城市扩展指数、城市用地增长弹性系数、分形维数、紧凑度和重心转移指数的计算,分析了近60年城市空间扩展的时空变化情况以及空间形态特征的演变。研究发现,南宁城区经由紧凑稳定型向偏离紧凑,形态复杂化发展,尤其转变为外延扩展为主,2001年后城市发展重心开始往东南方向转移,且发展速度显著,在2009年之后,年均增长10.53 km^2/a。结果表明:近60年,南宁城区前期(1960~1997年)扩展相对缓慢,内部填充式发展结合外部多向扩展,中期(1997~2005年)逐步提高了外部扩展的强度,后期(2005~2017年),向东南方向延伸快速扩展。

历元间相位差分运动学定轨精度影响分析

运用自编的GNSS_LEO_KPP低轨卫星运动学定轨软件,分别解算了GRACE_A和GRACE_B卫星DOY220/2011至DOY226/2011共7天的观测数据,通过与JPL事后精密轨道进行比较,其最终运动学轨道精度为10～20 cm。研究结果表明:初轨质量对最终运动学轨道质量高低具有一定影响,可以采用迭代循环运动学轨道作为先验轨道,当迭代循环次数达到五次左右时,最终的运动学轨道精度可以保持在分米甚至亚厘米级。

HY-2卫星精密轨道拟合与外推的两种方法比较

分别采用切比雪夫曲线和最小二乘曲线拟合HY-2(海洋二号)卫星精密轨道,并进一步解算速度场与预报轨道。结果表明:最小二乘曲线拟合结果明显优于切比雪夫曲线拟合结果,拟合轨道精度为1～2cm,拟合速度场精度为1～2cm/s,且可以进行轨道短期预报,预报轨道精度与拟合轨道精度相当。

一种用于长距离网络RTK基准站模糊度固定的非组合方法

基准站模糊度固定是网络RTK系统初始化的前提条件。文中使用非组合方法来固定基准站间模糊度。该方法相对于传统组合方法而言具有以下3个优点:1)基于非组合观测值,避免了观测噪声的放大;2)将L2模糊度变换为L1与宽巷模糊度WL(Wide-Lane)模糊度的差值,同步求解WL和L1模糊度浮点解,简化了计算过程;3)WL模糊度由平差得到,部分模糊度固定后,加快了其他WL模糊度的固定速度。实验结果表明,非组合方法相对于传统方法而言,WL模糊度固定速度提高了24.5%;L1模糊度固定正确率提高了7.9%。可以认为,在网络RTK初始化方面,非组合方法要优于传统方法。

顾及自身遮挡影响的卫星非保守力作用面积的算法研究

卫星所受的各种非保守力是与卫星外表面形状与面积密切相关的。受卫星自身遮挡的影响,非保守力的作用面积可能小于卫星表面物理面积。对此,提出了一种顾及自身遮挡影响的卫星非保守力作用面积的算法,其原理是先将复杂的卫星体分解成几种简单的基本几何形状的组合体,再将各组成部分划分成若干个微分面元,构建有效的判别式依次判断各微分面是否受到卫星其他各组成体的遮挡,累积未受遮挡的微分面元即可得出受力面积。将此方法应用于GRACE卫星的太阳直接辐射压力的计算,结果表明该算法可有效并精确计算受力面积。

ZY-3卫星轨道拟合与预报精度分析

卫星轨道作为构建高分辨率遥感影像严密几何成像模型的必要参数,其精度对卫星影像几何定位精度有直接影响,故研究如何获取卫星成像时刻的精确位置具有重要意义。本文分别基于最佳平方逼近多项式和最佳一致逼近多项式对ZY-3卫星实时轨道与事后精密轨道进行了拟合与平滑,进一步探讨了实时轨道预报的可行性。研究结果表明,最佳平方逼近多项式拟合结果明显优于最佳一致逼近多项式拟合结果,且事后精密轨道拟合精度为厘米级,可以改善并提高实时轨道精度及进行轨道短期预报,为遥感影像高精度几何处理提供精确可靠的外方位线元素。

线加速度计在轨检测卫星影像颤振的可行性分析

线加速度计作为当前高分辨率光学卫星搭载的新型传感器,由于无法与相机焦平面固连,能否直接实现卫星影像颤振在轨检测是后续应用关键。针对上述不确定性问题,文章提出了基于视差成像的在轨分析与验证方法,即分别采用线加速度计颤振检测模型与视差成像颤振检测模型得到平台与焦平面颤振信息,进一步在轨道坐标系下进行频谱分析,验证线加速度计在轨检测卫星影像颤振的可行性。试验结果表明,两种检测模型得到的颤振主频频率与幅值基本一致,受多种因素影响,部分频段检测结果略有差异,线加速度计可直接用于颤振影像在轨检测与补偿。

顾及多因子的大坝变形预测模型对比分析

为研究适用于大坝变形预测的模型,应用一种顾及多因子的Kalman滤波模型对大坝进行变形预测,以某大坝的20期水平位移变形监测资料数据为例,利用顾及多因子Kalman滤波模型对大坝进行变形分析与预测,并与标准Kalman滤波模型、BP神经网络模型、逐步回归模型预测结果进行对比分析。研究结果表明:顾及多因子的Kalman滤波模型在建模时将对大坝变形影响较大的因子作为状态向量并引入模型中,改善了标准Kalman滤波的递推算法,提高了模型的自适应性与预测精度;BP神经网络模型、逐步回归模型、顾及多因子的Kalman滤波模型均顾及了多因子的影响,但顾及多因子的Kalman滤波模型在计算过程中是一个“一步预报-修正”的递推过程,模型自适应较强,可以较好地修正模型误差,故顾及多因子的Kalman滤波模型预测精度较其他3种模型高。

结合光谱和纹理特征的林地变更检测

开展林地变更调查,能够为森林执法督察、林地"一张图"更新等提供精准的空间信息和属性信息,对于林业资源的监测管理具有重要意义。针对大范围多时相遥感影像人工勾绘变化图斑耗时费力的现状,提出一种结合光谱和纹理特征的林地变更检测方法,并以灵山县东北部为例,利用20171209和20180201两个时期的高分二号遥感影像进行试验。结果表明,该方法在减少人力投入、降低时间成本的基础上,不仅将遥感影像的变化检测效率提高了一半以上,同时能达到77%以上的检测准确率,在森林资源普查中具有一定的应用价值。

针对广西地形激光LiDAR点云滤波处理的研究及应用

机载LiDAR能够快速获取精确的高分辨率数字地面模型以及地面物体的三维坐标,是一种DEM数据快速生产的重要手段,在地球空间信息科学等领域具有广阔的发展前景和应用需求。然而在中国广西地区,由于地形地貌存在大量陡峭石山,地形破碎,以及部分地区植被十分茂密等特点,导致LiDAR数据的常规滤波算法将丢失大量地面点,增加人工编辑工作量,最终造成DEM生产质量不高。本文所提出的三个LiDAR点云数据精细化处理改进算法能够较好地识别这些特殊地形,采取一定的调整算法和处理,对陡石山进行重分类;对水体、断壁边界添加断裂线;对茂密植被区重新模拟地面,基本能大致修复丢失的地表,具有较强的实用性,也较大程度地提高了作业效率,尤其适合广西植被覆盖高、地形破碎、山地占比高的地区。

基于姿态误差时空补偿的高分五号02星全谱段影像定位精度提升方法

提出一种顾及姿态误差时空变化的全谱段光谱成像仪(VIMS)定位精度提升方法。通过分析高分五号02星(GF-5B卫星)181 d的星敏感器低频误差规律,以分段傅里叶级数模型为基础,利用时序化、多空间补偿策略,统一了非基准与基准定姿模式之间的低频误差特性,补偿低频误差对影像几何定位的影响。研究结果表明,所提方法将VIMS可见光近红外影像无地面控制几何定位精度从4.274 pixel优化至1.867 pixel,且对不同时相、不同区域的光学影像均有良好的精度提升效果。

一种星敏感器/陀螺地面高精度组合定姿与精度验证方法

卫星姿态精度是制约高分辨率光学影像几何定位精度的一个重要因素,针对当前卫星姿态数据处理精度不高且难以验证的问题,提出一种基于双向滤波整体加权平滑的高精度卫星姿态数据地面处理算法,实现了卫星姿态数据地面精细化处理,进一步采用几何定标场的数字正射影像图/数字高程模型数据进行精度验证。以2014年11月发射的遥感-24号高分辨率光学卫星为例,分析结果表明,本文设计的姿态数据处理模型是稳健可靠的,姿态数据相对精度可以达到0.8″,且基于地面处理姿态数据得到的全色相机无控制点条件下影像几何纠正精度可以达到15m。

一种高分辨率光学卫星影像时变系统误差建模补偿方法

针对当前影像几何定位时变系统误差难以补偿的问题,提出一种基于傅里叶级数模型的时变系统误差地面补偿方法,并采用几何定标场的数字正射影像图/数字高程模型数据进行精度验证。分析了2014年12月发射的遥感二十六号卫星的数据,结果表明,设计的时变系统误差地面补偿模型可以有效提高影像在无控点条件下的几何定位精度,且补偿后的影像几何定位精度可以提高约40%。

基于高频角位移的高分光学卫星影像内部误差补偿方法

针对当前震颤影像内部误差难以补偿的问题,提出一种基于高频角位移的稳态重成像模型实现高分辨率(HR)卫星颤振检测和内部几何精度补偿,并进一步采用几何定标场的数字正射影像/数字高程模型参考数据进行精度验证。以2015年发射的某型号HR光学卫星为例,分别进行了以下三个实验:平台震颤检测、姿态数据处理滤波器收敛性分析以及震颤补偿效果验证。结果表明,所设计的平台震颤地面补偿模型可以有效改善成像质量,且补偿后的震颤影像内部几何精度可以达到1.5pixel。