基于多波束激光测高卫星ICESat-2观测的垂线偏差解算

卫星测高技术中,传统的微波雷达海洋测高卫星轨道倾角近90°,且只能利用沿轨海面高数据计算垂线偏差,导致其解算垂线偏差卯酉分量比子午分量精度差。ICESat-2搭载的ATLAS系统可同时发射6条激光波束测量海面高,有望通过计算跨轨垂线偏差来提高卯酉分量精度。本研究以中国南海(0°N~30°N,105°E~125°E)为研究区域,基于ICESat-2海面高产品ATL12计算沿轨垂线偏差和跨轨垂线偏差,并利用最小二乘配置法反演1′×1′规则网格垂线偏差。实验结果表明:ICESat-2沿轨海面高数据解算的子午分量和卯酉分量与XGM2019e_2159-DOV模型的验证精度分别为0.90″和1.91″,子午分量精度明显高于卯酉分量。而跨轨海面高数据解算的子午分量和卯酉分量与XGM2019e_2159-DOV模型的验证精度分别为2.63″和1.66″,卯酉分量精度明显提高且高于子午分量。

基于激光测高数据的Amery冰架高程变化监测研究

针对传统的花杆测量法、GPS实测法在南极冰架高程变化监测上的覆盖范围小、操作难度大和安全成本高以及基于SAR差分干涉冰雪表面高程测量易失相干等问题。基于亚米级卫星激光测高数据ICESat/GLAS与ICESat-2/ATLAS重叠点法和克里金插值法,对Amery冰架近15年高程变化进行监测。为了纵向比较,本文以2003~2018年、2004~2019年和2005~2020年3组15年周期数据进行高程变化监测。实验结果表明:在近15年里Amery冰架冰雪物质积累区域大于减少区域,高程变化主要分布在0~±2 m之间,在冰架与大洋接壤区域高程显著升高近40 m。从3组数据纵向对比分析发现,Amery冰架中部区域高程变化相对稳定,边缘区域受接壤冰盖影响年际波动相对较大。

多策略ATLAS数据优选与影像匹配相结合的SAR高程控制点提取

为了精化星载SAR影像几何参数并提高立体定位精度,借鉴星载激光测高数据光学遥感影像高程控制点提取思路,设计了一种多策略高级地形激光测高系统(ATLAS)数据优选与影像匹配相结合的SAR高程控制点提取方法。该方法采用非夜间观测光子滤除、高置信度光子选取、SRTM DEM辅助的粗差剔除、大偏心率椭圆滤波核平坦区域光子筛选等多种策略,从ATLAS数据ATL03级产品中提取高质量、平坦区域的激光高程点,再依据SRTM DEM对斜距SAR影像进行地理编码,按激光高程点的平面坐标选取局部谷歌地球影像作为足印影像,采用秩自相似描述子进行足印影像与SAR地理编码影像的匹配,得到与激光高程点对应的SAR影像像点坐标,从而提取SAR高程控制点。采用中国登封市、日本横须贺市两个区域的ATLAS数据进行了高分三号SAR高程控制点提取实验,利用提取的高程控制点进行SAR影像几何参数精化,大幅提升了立体定位精度,验证了该文高程控制点提取方法的可行性和有效性。

优化EMD的卫星激光测高数据地面点直接提取算法

ICESat-2卫星是全球首颗光子计数激光雷达卫星,其探测性能达到了一个全新的高度。探测数据的处理是决定其最终产品质量的关键因素,而地面点提取是其中的一项重要工作。目前ATLAS激光测高光子数据普遍采用先滤波再分类的方法进行地面点提取,存在着受全局阈值影响大、提取地面点数量少的问题,提出一种基于优化EMD的地面点直接提取算法。该算法通过最大类间方差法对EMD算法进行了优化,并结合潜在地面点缓冲区和百分位数法从原始光子数据中直接提取出精确的初始地面点,在此基础上利用渐进加密法实现了其它地面点的准确提取。针对登封地区4轨ATLAS数据的实验结果得出,本文算法较改进的椭圆邻域密度法显著提高了正确地面点的提取数量,减小了信号点损失,并得到了与实际地面更加吻合的地表曲线,可为后续地形和植被分析提供更加准确的分类数据。

对ASTER GDEM数字高程模型的精度评价及修正

针对ASTER GDEM高程精度还未得到充分验证,以江西省莲花县为试验区,使用ICESat-2数据系统分析了ASTER GDEM在坡度、地形起伏度和土地利用类型中的误差分布。结果表明,ASTER GDEM受坡度、地形起伏度影响严重,随坡度、地形起伏度增加,GDEM误差呈上升趋势;对于不同土地利用类型,GDEM误差存在较大差异,在水域误差最大,在建设用地误差最小。最后,使用后向传播神经网络(BPNN)对莲花县ASTER GDEM修正,结果发现BPNN模型可以有效改善其高程精度。