光轴位置测量数据辅助立体影像无控定位技术

在卫星摄影测量中,相机参数经过在轨标定后,仍有随时间变化的低频误差,在无地面控制点情况下,这类低频误差影响卫星影像的定位精度。基于光学自准直原理的光轴位置测量设备可以在轨实时监测相机参数的变化情况,对于全球实时或准实时影像处理,可以使用该测量数据削弱低频误差对立体影像定位精度的影响。本文基于光轴位置测量设备的工作原理,建立了光轴位置测量数据辅助立体影像定位的模型和算法,并利用高分十四号卫星数据进行了试验验证。试验结果表明,利用光轴位置测量数据辅助立体影像定位,无须频繁地进行相机参数在轨标定,也无须地面控制点支持,即可实现卫星影像高精度定位,且全球范围内影像无地面控制点定位精度基本一致,平面精度约为1.87 m,高程精度约为0.73 m。

一种多频多系统周跳探测与修复方法

为满足多频多系统精密单点定位(PPP)数据预处理的实际需求,提出了一种周跳探测与修复方法。针对多频多系统PPP数据处理中各卫星的信号数量不同,利用最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)原理构建模糊度组合。通过仅使用相位观测值估计的倾斜电子总量(STEC)探测不敏感周跳和漏判周跳。对于周跳修复,将伪距和载波相位的观测值在历元间作差求得周跳的浮点解和协方差阵,然后应用LAMBDA算法搜索周跳整数解并进行修复。通过静态、动态以及磁暴环境下周跳探测和修复实验,验证了所提方法的有效性,多频条件下周跳修复的正确率达到100%。

基于质心定标机动信号估计GRACE-FO卫星激光测距系统TTL耦合系数

GRACE-FO卫星搭载的激光测距系统(LRI)能够以纳米级的精度测量星间距离,LRI测距误差低频部分最大噪声源来自于TTL耦合噪声.TTL耦合噪声源于卫星姿态变化与质心(CoM)和三面镜顶点(VP)偏差产生的耦合效应.本文采用线性估计模型,并利用卫星在质心定标阶段的机动信号数据,基于不同方向的子机动,采用整体参数估计和独立参数估计共三种参数估计策略,获得了合理的TTL耦合系数,结果表明TTL耦合系数满足200 um·rad^(-1)的设计指标要求.另外,将TTL耦合系数换算为质心和三面镜顶点(VP-CoM offset)偏差,可间接获得卫星质心偏差估计结果序列,且该结果序列与基于加速度计的估计结果(卫星质心与加速度计检验质量块的偏差,ACC-CoM offset)序列吻合较好,表明该方法可作为GRACE-FO卫星质心偏差估计的补充方法.

北斗三号系统卫星自主完好性监测技术

完好性对于全球卫星导航系统(GNSS)来说至关重要,关乎到其能否被放心应用。卫星自主完好性监测(SAIM)技术,是完好性监测技术发展的前沿趋势,国内外卫星导航系统均竞相发展。介绍了北斗三号系统SAIM技术设计与实现的重要意义,从功能设计和实现原理两个方面,阐述了北斗三号SAIM技术体制。针对SAIM实际在轨监测数据的正态分布特性服从程度和长期稳定性等问题,随机选取某一颗中圆轨道(MEO)卫星自2020年7月31日北斗三号系统正式开通服务以来至2021年7月31日连续1年期间的监测数据,得到真实在轨监测数据的分布特性。最后,提出了告警门限优化、分级告警策略设计、星历完好性自主监测等方面的后续发展必要性建议,旨在为北斗系统更好地为全球用户提供更优质的完好性服务提供参考。

基于模型定义的光学遥感卫星星上处理系统设计

本文提出了一种基于模型定义的光学遥感卫星星上处理系统设计方法,构建了“硬件资源-算子模块-通用处理核-典型应用”的星上处理任务行为模型范式。在硬件层面,采用星上异构嵌入式计算平台,将多处理器一体化设计,通过标准化高速数据互连,完成高速信号传输和数据处理;通过网络拓扑实现良好的扩展性,支持设备规模及数据处理复杂性的变化;在软件层面,针对星上智能处理任务中频繁数据读写操作、大量重复计算操作、卷积神经网络的通用计算与加速等需求,设计了星上平台指令集、星上算法通用算子和星上智能网络组件组成的可配置算子模块,并基于该模块可快速实现特定算法的硬件IP核。经仿真试验验证,本文方法可根据卫星平台和星上处理任务需求,按需适配最佳软硬件解决方案,并有效提高了计算资源利用率;提出的结合云检测的实时流水压缩编码方案,显著提升了压缩性能;设计的轻量化目标检测识别方法,计算资源效率达到91.5%;以高分一号、高分七号原始数据率为例进行分析,相比常规方案整体计算资源利用率分别提高了16.51%、17.77%。实现了星上处理系统研制过程模型化、工作模式可定义、逻辑资源共享化,是适应卫星小型化、快速部署的一种合理优化选择。

抗差Vondrak滤波方法在时间频率传递中的应用

时间频率传递的结果会受到非模型化误差和观测噪声的影响,其噪声常为高频信号,构建低通滤波器可在一定程度上消除观测值序列中的高频噪声信号.本文对Vondrak滤波函数的本质进行剖析,通过IGG3算法对钟差序列进行定权并采用频率响应法选择适合的滤波因子;对不同的链路分别进行卫星双向时间频率传递(two-way satellite time and frequency transfer,TWSTFT)、基于软件接收机的卫星双向时间传递(two-way satellite time and frequency transfer based on software defined receiver,SDR-TWSTFT)和短基线共视时间频率传递实验,并对钟差结果采用抗差Vondrak滤波进行平滑去噪.结果表明:滤波后的钟差序列能够很好地反映原始钟差序列的趋势;平滑后的TWSTFT钟差结果,日波动效应得到了有效的抑制,精度有明显提升;对于共视钟差结果,精度有明显提升,与精密单点定位(precise point positioning,PPP)时间传递结果的差值保持在−1.0~1.0 ns范围内.

基于高精度重力勘探对地下空洞的探测研究

地下空洞埋藏浅、规模小不易探测,随着重力感应技术的发展,给准确快速获取微重力变化为探测地下空洞带来新机会,对小规模地下空洞的探测能力具有广泛的研究和实用价值。本文从重力基础理论、重力探测技术、重力数据处理及反演3方面对地下空洞进行系统的分析研究。在给定形体大小、重力数据精度的情况下,通过二分法计算出了重力探测的最大埋藏深度;将高密度采集、高精度重力探测方法用于某区客运站地下人行通道实际探测,获得一套高精度重力格网数据,理论研究和实测结果表明,现有重力仪器具有探测地下空洞的能力;采用最小曲率位场分离方法、2.5D人机交互反演和靶区识别三维物性快速反演方法,得到地下人行通道近SN向的分布,埋藏深度大致2.5~5 m,这与实际情况相符。本次研究为地下空洞探测摸索出一套完整的重力勘探流程,具有一定的参考价值。

高分十四号高光谱影像浅海水深反演应用

当前星载高光谱水深遥感反演应用以国外卫星数据为主,国产卫星数据的研究和应用较少,为挖掘国产高分辨率卫星高光谱影像浅海水深反演潜力,利用高分十四号卫星影像,以我国三亚湾西岛为实验区域,结合实测水深点和ICESat-2激光雷达数据,建立双波段比值水深反演模型,进行高光谱影像的水深反演能力研究。实验结果表明:高分十四号高光谱影像具有较好的浅水水深反演能力和反演精度,实验成果将为国产卫星开展星载高光谱数据水深反演研究提供思路和借鉴。

岸基条件下的星载GNSS-R干涉测高精度验证评估

星载GNSS-R干涉测高技术通过调制GNSS卫星信号的宽带混合码,可以实现高精度宽幅海面测高。为有效验证星载GNSS-R干涉测高性能,本文设计了基于岸基GNSS-R干涉测高结果,开展星载GNSS-R干涉测高精度等效评估的策略。评估结果表明,GNSS-R干涉测高与卫星导航系统信号体制及信号信噪比相关,星载GNSS-R干涉测高可实现分米级测高精度。本文的研究成果可为后续星载GNSS-R干涉测高工程实践提供技术参考和数据支持。

一种高效计算LS-VCE的方法

在最小二乘方差分量估计(Least-squares variance component estimation, LS-VCE)计算公式的基础上,利用Helmert方差分量估计计算迭代终止条件——各个方差分量估值相等,导出了一种高效计算LS-VCE的公式,并设计了相应的迭代算法。GNSS向量网算例分析结果表明,本文设计的快速方法在计算效率上比原方法提高50%左右,在大规模计算方面具有显著应用价值。

全球地磁场模型研究进展

地磁场模型主要用于描述全球地磁场的分布特征,已广泛应用于民用导航、资源勘探和地震与火山预警等相关领域。本文详细介绍了新一代全球地磁场模型的发展现状,给出了部分模型计算值的分布图,并概述了不同场源条件下相关地磁场元素值及年变率的计算原理。

以北斗为核心的国家全球应急搜救系统思考(特邀文章)

应急搜救攸关国际义务、国家利益和人民生命财产安全,是我国人民生命安全体系和能力现代化的重要组成部分.随着我国战略利益拓展,全球应急搜救保障需求现实而迫切.本文阐述了我国应急搜救体系现状,分析了以北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)为核心的特色搜救技术能力.研判了我国应急搜救系统在用户体验、效能发挥、国际标准方面的不足,建议构建以北斗应急搜救服务为核心的国家全球应急搜救系统,消除痛点、堵点,实现信息融合共用,全面提升我国全球应急搜救能力.推动北斗应急搜救服务全面进入国际标准体系,为世界提供新的公共服务产品,助力构建人类命运共同体.

利用光学遥感影像光流场模型进行地表形变分析

光学遥感影像像素偏移量追踪是反演同震形变场和监测滑坡的一种重要手段。基于相关性匹配的传统像素偏移量追踪方法,通过搜索相关性最强的匹配窗口估计中心像素的位移,计算效率低且在大梯度形变区域失相关现象严重,存在形变边界提取不精确的问题。为高效获取精确的地表形变,将计算机视觉领域的光流场模型引入像素偏移量追踪问题,提出适用于光学遥感影像反演地表形变的光流场方法,给出像素偏移量时序反演的加权改进算法。通过塔吉克斯坦同震形变场模拟实验,评估光流场方法估计地表形变场的可行性及其在最小可探测形变方面的性能;通过加州地震同震形变场反演和白格滑坡偏移量估计实验,讨论光流场方法的计算效率优势和形变区域提取的精确性;通过白格滑坡时序形变分析,进一步论述利用光流场方法估计大梯度形变的有效性和时序反演加权改进算法的鲁棒性。结果显示,相比于传统窗口相关性匹配方法,光流场方法的偏移量追踪精度为0.032像素,计算效率提升了20倍左右,形变区范围提取精度提升了25.9%;改进的加权时序反演算法将光学遥感影像东西向和南北向位移估计的不确定性分别降低了16.2%和12.4%。

圆走航模式下海底控制点对称差分定位模型及分析

削弱声学定位过程中系统误差对海底控制点位坐标精度的影响是建设高精度海底控制网过程中亟待解决的关键问题。首先,分析了非差和历元间差分两种定位模型;其次,由于声速在海水中的变化受长周期误差和短周期误差的影响,声速变化引起的系统误差同样可认为具有周期性变化的特征,因此,构建了对称差分定位函数模型。模拟仿真和实测数据分析结果表明,当观测时长为系统误差变化周期的偶数倍时,对称差分定位模型可以有效削弱系统误差对定位结果的影响,但是当观测时长不足系统误差变化周期的偶数倍时,该模型将不再适用。

“北斗”卫星导航系统服务演进及展望

“北斗”三号全球卫星导航系统自正式开通服务以来,在国民经济、国防安全、人民生产生活等方面发挥了至关重要的作用。本文介绍了“北斗”系统服务体系构成,围绕路线设计继承发展、服务功能高度集成、增量发展螺旋上升三大特点,总结了“北斗”系统定位导航授时、报文通信、导航增强与国际搜救四类服务演进,详细论述了各服务的设计特点和性能,结合全球卫星导航系统新一轮变革研判了“北斗”系统服务发展趋势,并从系统稳定运行、服务性能提升、多手段融合赋能三大方面提出了发展建议。