MTF估计及盲复原技术在卫星影像预处理中的应用

在遥感成像过程中，由于大气干扰、镜头散焦等多种因素造成影像质量下降。为了提高影像的清晰度，在数据预处理系统中需要对原始影像进行图像复原。本文采用盲复原和MTF估计的方法对天绘一号卫星影像进行处理，实际处理结果表明，影像质量得到了明显的改善。

融合遥感图像光谱和空间信息的云检测深度网络

当前的云检测方法未能充分利用遥感图像的光谱特征和空间特征。光谱信息的不充分利用会导致错分具有和云相似光谱特征的目标,而空间信息的不充分利用会导致碎云和薄云难以识别。基于此,提出一种融合遥感图像光谱和空间信息的新型云检测深度网络(SSFF-Net)。SSFF-Net首先利用1×1的卷积核提取遥感图像的光谱特征,其次将Transformer引入到遥感图像空间上的编解码来学习远距离的特征,充分利用遥感图像的光谱和空间信息。SSFF-Net克服了光谱特征提取依赖于经验性的线性组合,并能减少空间位置信息损失。将模型在Landsat 8 Biome以及AIR-CD数据集上进行评估,结果表明SSFF-Net具有较好的云检测效果,精度分别达到97%和96%。

基于流式计算的空间科学卫星数据实时处理

针对空间科学卫星探测数据的实时处理要求越来越高的问题,提出一种基于流计算框架的空间科学卫星数据实时处理方法。首先,根据空间科学卫星数据处理特点对数据流进行抽象分析;然后,对各处理单元的输入输出数据结构进行重新定义;最后,基于流计算框架Storm设计数据流处理并行结构,以适应大规模数据并行处理和分布式计算的要求。对应用该方法开发的空间科学卫星数据处理系统进行测试分析,测试结果显示,在相同条件下数据处理时间比原有系统缩短了一半;数据局部性策略比轮询策略具有更高的吞吐率,数据元组吞吐率平均提高29%。可见采用流式计算框架能够大幅缩短数据处理延迟,提高空间科学卫星数据处理系统的实时性。

遥感数据处理运行控制中的工作流应用

遥感数据处理地面系统的运行控制存在传感器众多、处理算法复杂、流程缺乏统一管理等问题。为此,提出结合工作流技术的通用运行控制模型,将控制逻辑和业务逻辑完全分离,简化系统结构和编程模式,作业管理系统可满足处理算法对资源的不同需求。测试结果表明,运行控制系统响应快速,系统空载时作业响应时间约为0.3 s,随着系统负载的增加,运行控制的延迟没有显著增加。

基于高性能机群的环境一号C卫星SAR图像全分辨率快视实时处理系统设计与实现

该文设计和实现了基于高性能机群的环境一号C卫星SAR图像全分辨率快视实时处理系统,该系统对环境一号C卫星2012年12月9日首次开机获取的SAR遥感数据进行了快视图像处理。结果表明:该快视处理系统完全满足SAR图像全分辨率快视实时处理能力。该系统是我国首次实现星载SAR图像全分辨率快视实时处理的业务运行系统。

基于MIP图像拼接系统的地质剖面数字化应用研究

野外地质剖面考察是开展地质研究的一项重要工作。在野外地质考察过程中,为了直观展示地质剖面的细节信息,往往需要拍摄大量的影像。同时,为了提高细节信息的展示程度,这些影像往往分辨率高,但视场角小,所以单一的影像注定无法兼顾的展示地质剖面的整体信息和细节信息。因此基于这种同时展示整体和细节信息的需求前提下,本文在自主研发的Mosaic of Image Program(MIP)图像拼接系统的基础上,对野外拍摄的影像进行了拼接处理,形成地质剖面的长条带全景影像。为了提高拼接处理的精度,本文对高精度的相机检校、畸变校正及MIP的地质剖面应用等方面进行了研究。在湖南古丈县地质遗迹剖面的实际处理中,完成了300多张高分辨率影像的快速拼接,获得了良好的数据记录和展示效果,拼接影像几何失真小于2像元。本文实现的技术手段在野外地质剖面考察中具有良好的应用前景。

星载SAR辐射定标处理与评估系统的设计与实现

星载SAR辐射定标处理是实现SAR定量化应用的重要技术手段,设计并实现基于星载SAR的定标处理与评估系统对进一步完善我国雷达卫星定标处理系统和提高定量化水平具有重要的理论意义和实际应用价值。研究了定标处理流程和系统功能,并根据模块独立化和自顶向下的原则,设计并开发了一个综合性的定标处理与评估系统。该系统可为精密定量雷达图像产品生产提供各种校正参数,并动态监测SAR系统性能。通过实际数据的充分测试和验证,表明系统具有很好的可扩展性和实用价值。

地质勘查遥感试运行系统研建技术与实现

地质勘查遥感试运行系统是面向矿产及油气资源有效探测与调查的迫切需求,依托现有的基础软硬件环境设计和开发的集数据接收、数据编目存储、数据处理、数据应用等功能为一体的软件平台,可以完成星载、机载和地面数据的接收回放、存储管理和处理以及地质信息提取和应用等功能,具有可扩展性和可集成性。系统在新疆东天山地区、西藏驱龙地区进行了矿产资源调查,在榆林地区开展了油气异常信息提取等典型应用示范,取得了良好的应用效果。

多角度SAR动目标检测技术及其高分三号实验验证研究

多角度SAR作为一种新的SAR模式,它具备对场景的长时间观测以及大合成孔径角两个优势。已有研究表明,这两点区别于传统SAR模式的优势,使得单通道系统也可以具备较强的动目标检测能力,即,无需增加雷达系统的复杂度,就可以实现在轨星载SAR系统动目标检测能力的拓展和提升。这也使得多角度SAR动目标研究成为新的研究热点。在研讨近年来多角度SAR-GMTI研究基础及发展现状的基础上,该文重点介绍了研究团队围绕高分3号开展的原理性验证实验研究,包括凝视聚束模式动目标检测方法研究、双通道动目实验模式、双通道凝视聚束GMTI模式研究等。通过上述研究,以期为在轨及规划星载SAR单通道GMTI工程实现、未来星载多角度SAR时序动态观测新型工作模式设计等奠定可行性研究基础。

X波段双站SAR实验及其处理方法的研究

双站SAR是一种新体制SAR,它具有构型灵活多变、隐蔽性强等优点,在国防建设中具有重要的应用前景。双站SAR的同步误差和信号处理的复杂性给实际系统和成像处理都增加了困难。在X波段双站SAR一站固定模式的实验基础上,针对实际实验系统设计,对同步误差的产生和消除进行了分析,并利用BP算法对实验数据进行了处理。仿真和实际数据处理结果都证明了本次实验设计的有效性和算法的正确性。

星载InSAR技术在地质灾害监测领域的应用

近年来,星载InSAR技术在地质灾害监测领域显示出越来越大的应用潜力。该文首先介绍了InSAR形变监测的原理;然后系统性回顾了InSAR技术的发展,分析了差分InSAR、时序InSAR等方法的技术特点和适用范围;进而从地质灾害监测应用的角度分析了InSAR技术在地震、滑坡、水利工程、地面沉降等领域的应用现状和发展趋势;最后总结了当前地灾监测应用中InSAR技术在大气效应校正、复杂地区形变信息获取、多维形变信息获取中的关键问题,以期服务于地质灾害动态监测与防治工作。从当前InSAR技术在地质灾害监测的应用来看,该技术正处在广泛的业务应用阶段,随着未来星载SAR卫星系统的发展和行业的驱动,必将发展成为一项成熟的高精度对地观测技术,对地质灾害监测产生巨大的影响。

基于全局位置信息和残差特征融合的SAR船舶检测算法

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像船舶目标尺度不一且易受海面、地面杂波和相干斑噪声的影响,难以提取目标多维特征且特征融合过程中易产生语义歧义,造成船舶目标检测率低,虚警率高的问题,提出一个基于全局位置信息和残差特征融合的SAR船舶目标检测算法。基于Faster区域卷积神经网络(region convolutional neural network,R-CNN)目标检测算法,在特征提取网络和特征融合网络中进行改进:在特征提取网络中使用高宽注意力机制提取目标在图像中的全局位置信息,增强目标的多维特征提取能力;在特征融合网络中使用带有残差连接的双向特征金字塔网络削弱特征融合过程中的语义歧义,降低复杂背景下的船舶目标虚警率,同时进行不同层级的多尺度特征双向融合,增强高低层特征的联系,提升多尺度船舶目标的检测能力。在SAR船舶数据集上达到98.2%的均值平均精度,超过部分算法2.4%以上。实验表明,所提算法有效提取了目标的多维特征,显著缓解了语义歧义问题,具有较好的检测能力和泛化能力。

基于高斯基的SAR图像重建技术研究

3 D高斯泼溅通过高斯基替代了传统点云,利用其平滑特性,在保持数据精度的同时,有效地处理并可视化三维空间中的散点数据,实现更加连续和自然的图像渲染效果,在光学图像领域取得了重大成果,并成为了近期的研究热点。在SAR图像应用领域中,属性散射中心模型常被作为图像的基使用。本文尝试使用高斯基替代属性散射中心模型,通过实验对比了高斯基、属性散射中心模型,以及实际应用中常用的简化属性散射中心模型在SAR图像重建任务中的表现。结果表明,高斯基方法在能提供更优的图像重建质量前提下,在速度和稳定性上表现明显优于属性散射中心模型,该结果为SAR图像特征与目标信息提取提供了新思路。

基于时空索引的空间天文数据组织分析方法

随着空间天文探测水平不断提高、探测方法逐渐增多以及获取数据量急剧增加的情况,空间天文研究进入了大数据驱动时代,如伽马射线暴(GRB)等空间天文事件都是基于大规模探测数据进行研究的。空间天文数据具有数据量大、维度多等特点,对这样的大规模探测数据进行高效组织分析是目前的一个重要问题。基于此,本文首先提出了一种基于时空索引的空间天文数据的组织分析方法,将数据的时间、空间、能谱探测量等信息对应到一种时空立方体结构中,然后通过构建时间和空间的交叉索引,实现基于时空立方体的快速检索和数据更新;最后采用该方法设计实现了GRB数据服务系统,并对查找时间、存储开销、查找次数等指标进行性能评价。实验结果表明,该方法在查找时间、查找次数等性能上都得到了很好的提升。

高分三号SAR卫星系统级几何定位精度初探

高分三号SAR卫星是我国首颗空间分辨率达到1 m的C波段多极化合成孔径雷达成像卫星,于2016年8月成功发射,并通过5个月的在轨测试任务,于2017年1月正式交付用户单位使用。该文利用高分三号卫星实际在轨监测数据,分析了从数据采集、大气传输到成像处理与几何定位的全链路系统级几何定位误差源,并进行了基于角反射器的几何定位精度验证实验。实验结果表明,高分三号SAR卫星系统几何定位精度可以达到3 m。

基于改进光谱特征拟合算法的高光谱数据矿物信息提取

根据光谱特征拟合算法在实际应用中存在的问题,介绍一种改进光谱特征拟合算法,该算法综合常规的特征拟合处理和地物光谱吸收特征参量约束为一体,能更细致地进行高光谱数据地物信息提取。实验基于不同空间分辨率和信噪比的高光谱数据,编程实现改进光谱特征拟合算法对实验区的白云母、方解石、绿泥石等蚀变矿物信息提取,与常规光谱特征拟合和光谱角制图处理结果的比较分析发现改进算法在矿物混淆区分、信息提取精细度上均得到提高,有较强的实用性。

基于NVIDIA GPU的机载SAR实时成像处理算法CUDA设计与实现

合成孔径雷达(SAR)成像处理的运算量较大,在基于中央处理器(Central Processing Unit,CPU)的工作站或服务器上一般需要耗费较长的时间,无法满足实时性要求。借助于通用并行计算架构(CUDA)编程架构,该文提出一种基于图形处理器(GPU)的SAR成像处理算法实现方案。该方案解决了GPU显存不足以容纳一景SAR数据时数据处理环节与内存/显存间数据传输环节的并行化问题,并能够支持多GPU设备的并行处理,充分利用了GPU设备的计算资源。在NVIDIA K20C和INTEL E5645上的测试表明,与传统基于GPU的SAR成像处理算法相比,该方案能够达到数十倍的速度提升,显著降低了处理设备的功耗,提高了处理设备的便携性,能够达到每秒约36兆采样点的实时处理速度。

应用于多源SAR图像匹配的级联SIFT算法

针对多源SAR(Synthetic Aperture Radar)图像几何精处理需要大量离散控制点的问题,文章中提出一种级联SIFT(Scale Invariant Feature Transform)匹配算法.首先,采用大尺度自适应各向异性高斯SIFT(Adapted Anisotropic Gaussian-SIFT,AAG-SIFT)算法进行图像粗配准,大尺度AAG尺度空间可以在模糊不稳定局部纹理干扰的同时,保持图像的结构信息,提高算法的鲁棒性;其次,级联一种局部SIFT匹配算法,在粗配准后图像间进行局部匹配,避免不相关区域内重复纹理对特征匹配的影响;最后,通过尺度和旋转等先验条件筛选匹配点对,保证匹配结果的准确性.对比实验表明,级联SIFT处理可以增加提取同名点的数量和空间分布质量,而且匹配点定位准确.

利用测向信息消除高重复频率信号的时差定位模糊

该文针对三星时差定位系统对高重复频率信号的定位模糊问题,提出在主星增加干涉仪测向并结合测向信息解模糊的思路。由于干涉仪本身有可能出现测向模糊,进一步提出了根据模糊测向信息解时差定位模糊的方法,其在无测向模糊时同样适用。该方法定义了时差定位点的距离参数,通过对其做门限检测去除虚假时差定位点,从而有效地减少了模糊定位点数量,改善了对高重频信号的定位模糊问题。

基于GPU的外辐射源雷达信号处理实时实现方法

随着外辐射源雷达技术的发展,实时处理能力成为制约外辐射源雷达系统性能的重要因素。现有的处理手段仅适用于较小采样率信号以及低速目标的情况,对于数字电视信号等大带宽高采样率的外辐射源雷达信号以及高速小目标的情况很难满足实时性的要求。提出了一种基于图形处理器的外辐射源雷达信号处理实时实现方法,能够提高分块最小均方误差算法和Keystone算法的并行处理能力。通过真实数据验证表明基于所提结构的实现方法能够满足外辐射源雷达信号处理实时性的需求。