泛在感知与航天测绘

泛在感知是智慧地球、智慧城市建设的基础。本文将泛在感知分为主动感知和被动感知,并分析了两类感知信息的特点,前者具有时空基准,并具有规则性、精确性和可靠性,后者通常不具备时间和空间基准支持,且数据零散、杂乱、不精确;论述了泛在感知时空基准的重要性,进而讨论了泛在感知与航天测绘的关系,并梳理了泛在感知与航天测绘融合的关键技术。

离轴三反航天测绘相机像移对成像质量的影响

对离轴三反测绘相机的像移模型进行了必要的修正以获得高的测绘精度。对两线阵离轴三反航天测绘相机进行建模,推导了考虑地球曲率的斜视和后视相机的像移速度和偏流角计算公式。以交会角为25°的离轴三反航天测绘相机为例,分析了斜视相机以正视为准调整行周期和偏流角,以及兼顾正视、斜视相机调整偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角调整残差对图像质量的影响。分析结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数大于5时,应分别调整斜视和正视相机的行周期;按正视相机调整斜视相机的偏流角时,积分级数应取71以内;若兼顾正视、斜视相机调整偏流角,当积分级数为96时,对正视、斜视相机的成像质量无本质影响。

离轴三反航天测绘相机焦距的计算

为了精确计算离轴三反相机的焦距以保证其测绘精度,对经典测绘模型和相关公式进行了必要的修正。首先,重新定义了离轴三反测绘相机的交会角,并对经典焦距计算公式做了修正;其次,分析了地球曲率对离轴三反测绘相机焦距计算的影响,进一步修正了焦距计算公式。实例计算表明:当要求地面像元分辨率为2m,在CCD像元尺寸为8μm,轨道高度为700km,离轴角为7°条件下,应用经典计算公式得出的斜视相机焦距与应用修正后的计算公式所得出的斜视相机焦距相对偏差达到2.6%,说明对测绘精度影响很大。因此,在采用离轴三反相机进行摄影测量时,斜视相机焦距的计算应考虑离轴角后对经典公式进行必要的修正,而正视相机的焦距计算可以沿用经典计算公式。

大比例尺航天测绘系统体制研究

航天测绘可通过多台线阵相机立体成像、单台线阵相机姿态机动成像、面阵相机立体成像等多种体制实现。文章针对大比例尺(1∶5000~1∶2000)航天测绘任务的实际应用需求,提出了降轨双线阵立体成像、双星编队立体成像等新型实现体制,从原理上分析了不同体制的技术特点,研究了不同体制对于系统设计、有效载荷、卫星平台、地面处理等环节的要求,从测绘效率、测绘精度、工程实现难度等方面对可行的体制进行了比较,可为我国大比例尺航天测绘系统建设提供参考。

高分辨率大面阵相机航天测绘应用立体探测模式分析

针对大面阵相机成像特点,分析提出了在高分辨率对地观测条件下航天测绘应用的两种立体探测模式,即高分辨率交向立体摄影测量模式和小基线立体摄影测量模式。分别对两种模式的基本原理进行了阐述,分析了各自存在的优势和不足,以及主要的应用方向。通过理论和仿真分析对两种应用模式进行了原理验证。最后对大面阵相机航天立体测绘两种模式的应用特点进行了对比,指出了进一步研究的方向。

航天测绘体系论证与设计

本文论证提出了航天测绘的使命任务与能力需求、装备和技术体系，探讨了航天测绘的应用领域，研究成果已用于国家高分辨率对地观测系统。

军事航天测绘领域控制权的争夺及其对我军的启示

美国首次进行的太空战演习揭开了太空控制权争夺战的序幕。军事航天测绘也是航天大国争夺的一个重要领域，因为它是在未来战争中夺取信息优势的重要手段。本文首先对美国进行太空战的目的做了简要分析，然后对各航天大国，尤其是美、俄在该领域的主要活动分别做了较为详细的介绍与分析,最后针对我国军事航天测绘的现状，就如何加快我国军事航天测绘的发展，提出了一些建议。

“奋进”号——21世纪航天测绘新突破

由美国国防部国家影像制图局(DOD NIMA)投资二亿美元并与国家航空航天局合作开发、德、意航天局参与的一项国际项目——航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM),随着航天飞机于今年二月二十二日着陆而宣告成功。SRTM 项目先后历时四年,科学家们倾注了无尽的心血与艰辛,开辟了航天测绘新领域,实现了航天测图的新突破。有关 SRTM 事项如下:

三线阵CCD航天立体测绘相机交会角稳定性标定技术

三线阵CCD航天立体测绘相机的交会角稳定性是保证高精度立体测绘的关键指标,新一代测绘相机研制前,需要首先解决其稳定性标定的基础问题.本文提出一种采用高精度自准直经纬仪交会测量的标定方法,以解决多光学传感器复杂系统光轴交会角稳定性的高精度标定问题.该方法采用4台精度为0.5″的自准直经纬仪对测绘相机上的基准立方镜两个正交平面进行正倒镜自准测量,再进行正倒镜互瞄,通过多测回解算求得立方镜之间的转换矩阵.实验结果表明,该标定方法重复性精度0.5″,闭合环标定精度达到1″量级.实际标定结果表明测绘相机力学试验前后,交会角最大变化量为5.1″,满足稳定性小于10″的指标要求.

集成型与智能型测绘卫星工程发展及其关键技术

航天对地观测已经成为全球对地观测的主要手段。本文简单梳理了国际上现有大地测量类对地观测卫星的概况,侧重分析了我国地形测量类对地观测卫星的贡献和存在的问题,未来对地观测卫星的发展趋势,载荷集成型综合测绘卫星发展的可能性及其面临的主要技术瓶颈。总体认为集成型测绘卫星尽管单星观测效率高,但是整体观测效益不高;分析了微小卫星密集组网型对地观测的可能性及其相应的关键技术,包括载荷模块化设计、卫星小型化设计、卫星最佳组网技术、数据传输技术、卫星在轨弹性调配技术和星上数据快速处理技术等;对未来智能卫星对地观测进行了展望,提出了相应的关键技术,包括星上观测智能识别技术、星间智能传输与星地智能传输技术、星上和地面智能数据处理技术等。此外,卫星的智能避障、运载火箭落点的智能跟踪和智能控制也是航天对地观测需要考虑的发展方向。

高山阴影区域数字表面模型匹配方法研究

针对全球测图项目中高山阴影区域数字表面模型(DSM)匹配结果不理想的问题,本文测试CIPS和INPHO两款软件关键参数值的多种组合方案,以找出适用于高山阴影区DSM匹配的软件和参数组合方案,并对覆盖俄罗斯大高加索山脉约5000 km^(2)的区域开展生产试验,对结果进行定量和定性评价。试验结果表明,CIPS软件使用7×7滤波窗口和Shuttle Radar Topography Mission(SRTM)数据辅助匹配的组合方式,能有效减少高山阴影区域匹配结果的噪声、地形丢失等现象,合理表达高山阴影区地貌形态,优化DSM匹配流程,有效提高DSM的高程精度。

基于高分卫星姿态监测的姿态参数算法优化

目前航天测绘相机几何参数的在轨标定通常经由地面检校场数据处理完成。然而,由于一次摄影中难以保证获取的地面检校场影像完整,使得在轨标定周期较长,进而导致实时监测与标定非常困难。“高分十四号”卫星搭载了一种新的姿态测定系统,利用高精度的相机光轴监测实现对相机几何参数的在轨实时标定。文章在此基础上对高分卫星星地相机间夹角在轨解算方案进行了优化,并基于数值仿真和在轨实测数据进行了分析,结果显示优化算法可以进一步提高影像内定向稳定度和最终的定位精度,未来有望在高精度立体测绘应用中发挥重要作用。

基于海图数据的SRTM15+分析与评估

为掌握SRTM15+海底地形网格模型在我国周边海域的精确程度,避免其在工程、科研等领域被盲目使用,对最新的SRTM15+V2.4进行了分析研究,解构提炼了其数据组成,分析归纳了其数据特点,并基于公开海图水深数据对其在我国周边海域的精度进行了评估,通过将SRTM网格点水深值内插,并与海图上的水深点进行统计学对比分析后,得出了在浅水区精度较高、深水区精度较低的初步结论。本文工作可为各领域应用SRTM15+海底地形网格模型提供参考,为我国自主海底地形网格模型构建提供借鉴。

基于SRTM数据的中国新一代天气雷达覆盖和地形遮挡评估

利用航天飞机雷达地形测绘数据（Shuttle Radar Topography Mission,SRTM）3 s高分辨率地形数据对全国已建成的158部新一代天气雷达分别进行了地形遮挡和覆盖能力计算,并提出了3个定量指标：覆盖比、高度-面积指数和等效覆盖半径。按照这些指标,对各雷达进行了计算和统计,并分析典型雷达站点的覆盖和遮挡情况。同时综合评估了全国雷达网的覆盖能力,结果表明青藏高原地区和西北地区覆盖较少,东部地区除部分山区雷达遮挡严重,大部分覆盖较好,全国1、2、3 km高度的覆盖率分别为16.9%、38.8%、52.8%,东部地区相应覆盖率达27.1%、59.8%、76.8%。0~3 km高度范围内,东南到华南沿海地区普遍有2个雷达重叠,华东到华北平均有2~4个雷达重叠,内蒙古中部和东北地区平均有1~2个覆盖重叠。可以认为我国雷达总体布局较好。

陕西省地形起伏度最佳计算单元研究

[目的]确定陕西省地形起伏度最佳计算单元,分析地形起伏度的空间分布规律,为地貌类型划分提供基础数据。[方法]以陕西省90 m×90 m的航天飞机雷达地形测绘使命（SRTM）数字高程模型（DEM）数据为基础,首先利用邻域统计分析法〔矩形邻域选取2×2,3×3,4×4,…,35×35共34个不同大小的邻域窗口,圆形邻域窗口选取20个（邻域半径R为2～21）〕对陕西省地形起伏度进行提取,然后统计不同矩形窗口和圆形窗口下的各种地形起伏度类型所占面积比例,接着运用均值变点分析法计算最佳计算单元,最后完成陕西省地形起伏度分级图的绘制,并对地形起伏度特征进行分析。[结果]不同地形起伏度类型所占面积比例的变化各有不同。按矩形邻域计算的地形起伏度最佳计算单元为12×12,对应面积为898 704m2,按圆形邻域计算的地形起伏度最佳计算单元为R=8,对应面积为1 254 191.4m2,这说明在使用邻域分析法提取地形起伏度时,采用圆形邻域有别于采用矩形邻域。陕西省地形总体较平缓,主要以小起伏、中起伏为主。[结论]简单实用的均值变点分析法,是确定最佳计算单元的一种较为理想的方法。

一种通用摄影测量畸变模型性能仿真分析

摄影测量中,畸变模型的选择对于保证畸变检校效果十分重要。文章提出了一种基于二元傅里叶级数的通用型畸变模型,理论上可精确拟合各种形式的几何畸变。对模拟畸变数据的拟合试验结果表明,傅里叶模型相比一般多项式模型具有更优的畸变拟合性能,拟合精度随着阶数的增加而稳步提高,对Brown模型畸变拟合中误差可达到0.3像元以内,对Ebner模型畸变拟合中误差达到0.001像元的水平。二元傅里叶模型可在摄影测量数据处理和光学相机检校中替代其他畸变模型,作为一种通用畸变模型使用。

利用星载InSAR技术提取镇江地区DEM及其精度分析

InSAR技术是目前获取高精度数字高程模型(DEM)的一种新方法。为了分析InSAR技术提取DEM的精度,首先介绍了美国航天飞机雷达SRTM DEM的精度和数据结构,然后以江苏镇江地区作为试验区,采用ERS1/2卫星影像来提取DEM,并对星载SAR提取的DEM与SRTM3弧秒分辨率DEM的精度作了比较。结果表明,利用星载SAR提取的DEM分辨率与SRTM3弧秒分辨率的DEM相当,能很好地显示出地形起伏(如山脉、沟谷)的纹理特征。进一步的研究还表明,利用InSAR技术提取DEM的精度与SRTM3 DEM之间存在5米左右的系统误差,并对产生这一系统误差的原因作了详细分析。

基于SRTM-DEM的河南省地貌特征分析与类型划分

基于美国SRTM-DEM数据,在GIS平台下,通过对SRTM-DEM数据的前处理,制作了河南省数字高程模型(90 m×90 m).基于数字高程模型,提取了河南省地貌的坡度、坡向、地形起伏度等特征要素信息,并对河南省地貌形态进行统计分析以获取定量的认识.基于最新的中国基本地貌类型划分标准,将河南省按地貌划分为低海拔平原、低海拔台地、低海拔丘陵、小起伏低山、中起伏低山、小起伏中山、中起伏中山、大起伏中山、中起伏中高山、大起伏中高山10类.最后,基于河南省18个市级行政区进行不同地貌类型的面积统计.

基于SRTM高程数据的变步长海面快速可视域分析方法

在分析对海雷达、光电等传感器探测威力时,对海上可视域分析非常关键。现有可视域分析方法在对海应用方面有以下不足:一是缺少可用的沿海高程数据。美国航天飞机测绘任务(SRTM)数据仅针对陆地地形,海上高程数据进行特殊标记而无法直接应用;二是现有可视域算法采用固定步长的逐点计算方法,计算复杂度高,难以满足实时性要求。为此,在对SRTM数字高程数据(DEM)预处理基础上,提出一种可变步长的快速可视域分析方法。仿真表明,本文的方法对海上岛屿的遮挡盲区建模精度合理,时间提升1个数量级以上,已应用于某实时对海探测系统中。