利用加速度计数据在轨标定重力卫星质心偏差

针对重力卫星质心偏差在轨标定的问题,提出了一种仅使用加速度计数据进行质心在轨标定的方法:以1A级加速度计数据作为输入,采用Butterworth滤波去除数据中的噪声,提取质心标定机动产生的线性加速度和角加速度信号,最后结合最小二乘原理对质心偏差进行标定。利用GRACE-FO C星的加速度计数据对提出的质心标定方法进行验证,估计了C星发射至今的质心偏差。结果显示,三轴的标定精度均优于10μm,与利用姿态数据计算的质心偏差在三轴方向上的互对比差异(RMS)为[9.6,9.3,7.9]μm,与喷气推进实验室(JPL)公布结果的RMS为[7.4,3.8,4.7]μm。与传统方法不同,由于仅使用了加速度计测量数据,该方法可用于卫星姿态缺失情况下的质心在轨标定。

MPI+CUDA联合加速重力场反演的并行算法

针对重力场解算过程中数据量巨大的问题,联合MPI(massage passing interface)与CUDA(compute unified device architecture)提出基于最小二乘法的重力场解算过程的并行加速算法。使用MPI完成复杂过程的任务分配,实现全局层面的并行加速;基于CUDA编写大规模矩阵相乘的并行加速程序,并针对不同类型的矩阵进行适配,同时联合MPI将法矩阵的计算过程进一步细分,实现对分进程内存峰值的压缩。在单机上完成30阶与120阶重力场仿真解算任务,结果表明,反演30阶重力场时加速比可达180;反演120阶重力场时,并行计算单次迭代仅耗时2 h,而串行模式下无法计算。

分布式InSAR三维定位的闭合形式解及其精度分析

本文对分布式InSAR(Synthetic Aperture Radar Interferometry)目标三维定位的空间几何关系和工作原理进行了分析,给出了完整的目标定位闭合形式解;对闭合形式解进行灵敏度分析,给出了定位精度指标与系统参数精度指标之间关系的解析表达式;分析表明目标定位几何结构的好坏主要取决于视线矢量、基线矢量和主星速度矢量的空间角位置关系,其中视线、基线平面与视线、速度平面间的二面角是一个关键参数,该二面角越大,几何结构越好.最后在以ENVISAT作为主星、采用“干涉车轮”编队的InSAR系统中,给出了精度指标传递关系的蒙特卡洛仿真验证.

利用SLR数据校准GPS精密定轨系统误差

分析了卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,简称SLR)检核GPS精密定轨精度基本原理,结合GPS精密定轨误差特点,提出了一种利用SLR数据校准GPS精密定轨系统误差的新方法。新方法在卫星一次过境的短弧段内,利用多个激光测站的分时观测数据,采用多站分时投影思想,重构系统误差,辨识三个方向的定轨精度差异。新方法需要一定数据量的支持,仿真结果表明,利用3个以上测站分时投影可以校准定轨线性系统误差,并且站星矢量之间的夹角越大,效果越好。

基于样条模型的高精度星间相对定位与定姿

针对分布式小卫星编队的星间相对定位与定姿的高精度要求,提出了基于样条模型的星间相对定位与定姿的新方法。新方法将一段连续时间内的卫星状态参数用样条参数模型表示,将直接估计状态参数转化为样条参数,减少了待估参数的个数,实现了多时刻状态联解,提高了姿态参数对距离变化的敏感性,结构更加稳定。仿真结果表明,相对定位精度由5mm提高到2mm,相对定姿精度由0.0004弧度提高到0.00003弧度,并解决了估计不稳定现象。

抗差Vondrak滤波器设计及其在粗差探测中的应用

首先,分析了Vondrak滤波器设计的基本原理,在原有模型的基础上引入一个惩罚函数,利用惩罚函数来抑制粗差对拟合的影响,得到抗差Vondrak滤波模型;然后,给出了抗差Von-drak滤波模型的迭代求解算法,利用抗差Vondrak滤波器获得原始信号在粗差污染情况下的稳健估计,进而利用估计残差的大小进行粗差探测;最后,分别利用仿真数据和实测数据进行粗差探测试验,试验结果验证了抗差Vondrak滤波的正确性和有效性。

基于轨道动力学模型的分布式SAR卫星编队CDGPS相对定位

针对分布式SAR卫星编队星间基线的高精度确定问题,提出了基于轨道动力学模型的分布式SAR卫星编队CDGPS相对定位方法。根据CDGPS原理及基于轨道动力学模型的星间相对定位原理,在CDGPS测量的基础上,引入轨道动力学模型提供的先验约束信息,对长弧段的观测数据进行解算,克服了运动学逐点解算方法在观测几何较差或观测数据不足情况下无法应用的缺点。此方法能够有效抑制测量中的随机误差,提高相对定位精度,提供了一种可实现mm量级星间基线确定的技术途径。通过仿真计算验证了动力学方法的有效性。计算结果表明,动力学方法可以显著提高相对定位精度。相对于运动学方法,前者L_1固定解的精度提高了68%,而消电离层固定解的精度提高了95%。

电离层延迟对分布式SAR编队相对定位的影响

建立星载GPS单层电离层延迟模型,利用CHAMP卫星双频GPS观测资料确定的单层投影高度为580 km。仿真分析了电离层延迟对分布式SAR编队CDGPS(载波相位差分GPS)相对定位的影响,主要分析结果表明:在mm量级的星间相对定位中,电离层延迟影响不可被忽略;太阳活动对相对定位的影响显著,当星间距离取1 km,在太阳活动强年,由差分电离层延迟引起的相对定位误差达到8.5mm,是太阳活动弱年的2倍。

分布式InSAR测高的基线测量精度指标分析

基线是分布式星载干涉SAR中的重要参数。从分布式InSAR测高的基本原理出发,推导了基线对InSAR测高影响的误差传递公式;然后结合基线的测量原理,提出了合理的基线测量精度指标;进而给出了由测高精度指标反演基线测量的精度指标的方法;仿真结果验证了其精度指标反演方法的正确性。

依托北斗数据中心探索数据驱动的案例教学

依托北斗数据中心的软硬件平台和数据资源优势,开展数据驱动的数据分析课程案例教学研究,激发学生在数据驱动教学模式下,自主分析数据,挖掘出数据中蕴含的新规律,培养学生创新思维和实践动手能力。首先,结合数据分析课程内容,构建北斗数据驱动下的教学案例库;其次,改造科研平台NUDTTK,为开展数据驱动的案例教学提供必要的数据下载、计算、分析服务;再者,设计必要的选题,推动学生开展创新实践研究。

星载双频GPS观测数据的降采样处理方法

给出了星载双频GPS观测数据降采样处理方法。伪码观测精度较低,在降采样过程中采用不同的平滑方法对伪码的精度影响较大。首先阐述了观测数据的降采样原理,给出多项式平滑伪距和载波相位平滑伪距方法,分析了两种方法的优缺点;然后通过伪码数据质量评估结果来分析不同平滑方法对伪码观测精度的贡献。最后通过对模拟器输出的1 Hz星载双频GPS模拟数据的降采样处理,验证了降采样方法的正确性。结果表明两种平滑方法均能显著地提高降采样后的伪码观测精度,其中载波相位平滑方法效果更加优越。

星载GPS非差运动学定轨中的观测数据加权策略研究

星载GPS非差运动学定轨结果容易受到观测数据质量的影响,相位观测噪声远远小于伪码,如果将两种观测数据等权处理,会降低相位信息在参数解算中的作用;相位观测存在模糊,单独使用会导致参数估计结构不稳定;伪码观测噪声与接收天线高度角存在很强的相关性。本文根据星载GPS伪码和相位联合非差运动学定轨原理,结合GPS观测数据质量分析结果,提出了一种合理的加权策略,提高了星载GPS非差运动学定轨的精度和稳定性。对一个星期的CHAMP的观测数据进行处理,将非差运动学定轨结果与GFZ事后科学轨道进行对比,结果表明二者在R、T、N分量上差值的均方根为20cm、12cm、13cm,三维点位误差的均方根为27cm。通过分析多种不同加权策略的定轨精度差异,验证了本文提出的加权策略的有效性。

基于谱间预测和码流预分配的高光谱图像压缩算法

在高光谱图像压缩中，由于波段预测后各波段残差图像分配的码流长度关系到该波段的清晰度，同时该波段作为预测波段对后面波段的预测编码会产生影响，因此设计一种合理的分配各波段码流长度的算法很有必要。本文提出了一种波段预测去除谱间冗余和码流预分配的高光谱图像压缩算法。用DPCM预测求出各波段的预测残差图像的标准差，然后根据标准差的大小对该波段进行SPIHT编码所需要分配的码流长度进行预测，最后基于均方差最小的线性预测器对图像各波段进行预测，根据事先分配的码流长度对各波段预测残差图像进行SPIHT编码。该算法在波段间采用最佳线性预测，有效地去除了高光谱图像的谱间相关性，同时，设计的分配码流长度的算法能够根据各波段信息量大小，以及与相邻波段的相关性来分配码流长度。实验表明，重建图像的平均PSNR比3D-SPIHT算法的高0．9～2．5dB，因此该算法对高光谱图像有损压缩非常适用。

基于双频GPS观测信息和星间距离测量的高精度星间相对定位方法

以双星编队为对象,建立了基于GPS双频P码、双频载波相位以及星间距离观测信息的相对定位样条模型。理论分析与仿真结果表明:与仅采用单频GPS测量信息相比,该方法不仅能有效地提高相对定位精度,而且还能大大减少整周模糊度判定所需的历元数。

高光谱遥感图像的小波去噪方法

高光谱遥感图像是由二维空间信息和一维光谱信息组成的三维数据。普通的去噪方式通常是分别对空间信息或光谱信息进行去噪，其主要缺点是忽视了高光谱图像强烈的谱间相关性和图谱合一的特点。针对这些特点，文章提出一种基于小波变换的高光谱遥感图像去噪方法。该方法对各波段高光谱图像逐一进行二维小波变换，根据含噪声大的波段与噪声小的波段的波长关系，对小噪声波段的高频系数加权求和，代替噪声大的波段的高频系数，通过小波逆变换得到去噪后的重构图像。该方法运算速度快，能有效地降低噪声。对机载可见红外成像光谱仪数据（AVIRIS）实验表明，与经典的BayesShrink图像去噪方法相比，方法重构图像的信噪比（SNR）高出3.8～10.6 db，节省运算时间一半以上。

基于迭代方法的软阈值估计小波去噪

基于小波变换的阈值去噪方法依赖于信号的长度和噪声的方差。在大多数情况下,噪声的方差是未知的,需要对其进行估计。提出一种基于软阈值函数估计阈值大小的算法。该算法是一种迭代算法,证明了该算法的收敛性,并分析了该算法运算量。数值实验表明该算法估计阈值的准确性和MAD方法相当,同时计算量远远小于MAD方法。

最佳递归双向预测的高光谱图像无损压缩

为了解决海量高光谱遥感图像对传输和存储带来的压力,提出一种基于最佳递归双向预测的高光谱图像无损压缩算法。首先根据高光谱图像各波段的谱间相关系数,选择相应的压缩方式。谱间相关系数<0.9的波段使用bzip2模式进行压缩。谱间相关系数>0.9的波段,则对参考波段进行单波段最佳前向预测,非参考波段采用最佳递归双向预测,并对预测残差采用JPEG-LS模式压缩。实验结果表明,对AVIRIS高光谱图像进行压缩,该算法的平均压缩比达到3.217,优于其他无损压缩算法0.09～1.374。该方法运算速度快,压缩效果好,很有应用前景。

飞行器航迹测量数据的粗差探测模型优选方法

为评估不同模型的粗差探测性能,使用多余观测数、内部可靠性和外部可靠性等指标对飞行器航迹测量数据处理中的3种典型模型的粗差探测能力进行了定量评估和比较分析。建立了不同模型间性能比较的等效规则,按照典型的工程应用场景进行了仿真实验。结果表明:大数据集模型的系统结构较强,具有更优的单粗差探测性能,但大模型对于多粗差探测是不利因素;在实际应用中,应根据粗差发生的统计特征,选取数据量大小合适、结构强度高的模型作为优选模型。

编队卫星空间状态与星间基线的建模与分析

针对编队卫星任务中起重要作用的星间基线指标,在考虑精度需求的基础上对用于确定星间基线的空间状态量进行了选择,建立了空间状态量与星间基线的关联数学模型,提供了误差分析方法,仿真给出了一定场景设置下的精度影响因子等指标以定量刻画二者之间的误差传播关系。基线长度仅与编队卫星的相对空间状态有关,而基线姿态角还与主星的绝对姿态有关;且由卫星空间状态得到星间基线的过程中误差放大。

基于先验动力学轨道的星载双频GPS数据预处理

针对星载双频GPS数据预处理中的野值剔除和周跳检测问题,提出了基于先验动力学轨道的星载双频GPS数据预处理方法。与传统GPS数据预处理方法在数据利用上局限于GPS原始观测数据本身不同,该方法还利用了动力学定轨产生的先验轨道信息以及GPS卫星精密轨道、钟差数据,并构造接收机钟差估计量和接收机钟差差分值估计量来剔除野值和探测周跳,提高了野值剔除和小周跳探测能力。对CHAMP卫星在轨实测数据的处理分析表明,该方法可以探测出1周甚至0.5周的周跳,可为高精度定轨提供更"干净"的数据源。