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2016年 第45卷 第2期    刊出日期：2016-02-20

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大地测量学与导航

卫星摄影姿态测定系统低频误差补偿

王任享, 王建荣, 胡莘

2016, 45(2):  127-130.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150167

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姿态测定系统不仅存在高频误差,还存在与卫星轨道纬度及时间有关的低频误差,严重影响无地面控制点测量精度。本文分析了产生低频误差的因素及相关解决措施,并在天绘一号(TH-1)卫星工程中,利用光束法平差实现低频误差的自动检测与补偿处理,消除低频误差对定位精度的影响,最后进行了试验验证。试验结果表明:低频误差补偿技术,很好地解决了无地面控制定位系统误差问题,为实现天绘一号卫星全球定位精度的一致性发挥了重要作用。

北斗卫星导航系统双差动力法精密定轨及其精度分析

刘伟平, 郝金明, 田英国, 于合理, 张康

2016, 45(2):  131-139.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150190

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针对GEO卫星切向轨道分量与双差模糊度强相关的问题,对经典双差动力法进行了改进,提出联合使用载波相位和相位平滑伪距实现北斗系统精密定轨,并从理论上分析了以上处理策略的可行性及对模糊度固定的影响,然后结合北斗系统精密定轨特点,推导给出了利用QIF方法实现北斗卫星双差模糊度固定的基本原理,实测数据分析表明:联合载波相位和相位平滑伪距,既可降低相关性,又可兼顾精度,定轨效果优于经典双差动力法;利用QIF方法能够取得一定的模糊度固定效果,但受观测条件限制,北斗卫星双差模糊度固定成功率整体不高,双差模糊度固定之后对轨道的改进作用有限。

估计北斗卫星钟差频间偏差的一种方法

李浩军, 李博峰, 王解先, 徐天河

2016, 45(2):  140-146.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150226

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针对北斗频间卫星钟差偏差现有估计方法的不足,提出一种估计方法。该方法不仅顾及频间卫星钟差偏差的变化部分也顾及了其常数部分。采用10个观测站数据,验证了本文提出的算法,分析了北斗频间卫星钟差偏差的特性。在短期内,北斗频间卫星钟差偏差常数部分具有稳定性。对采用新算法计算得到的北斗频间卫星钟差偏差进行了模型化,结果表明,每颗卫星对应的频间钟差偏差可以利用10个参数予以高精度表示,对应精度可以达到厘米级。当采用第1天的模型参数进行第2天频间卫星钟差偏差值计算时,可实现厘米级结果。基于北斗频间卫星钟差偏差的稳定性与可模型化性,提出了高精度北斗卫星钟差服务策略,为我国高精度北斗卫星钟差服务提供参考。

一种快速解算高维模糊度的LLL分块处理算法

刘万科, 卢立果, 单弘煜

2016, 45(2):  147-156.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150370

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由于多频多模GNSS观测数据解算的模糊度具有较高的维数和精度,当采用常规的LLL算法进行模糊度整数估计时,规约耗时显著大于搜索耗时,成为限制高维模糊度解算计算效率的主要因素。针对这一问题,通过分析规约耗时与模糊度维数和精度之间的关系,提出了一种LLL分块处理算法。该算法通过对模糊度方差协方差阵进行分块处理,降低单个规约矩阵的维数,以减少规约耗时,从而提高模糊度解算计算效率。通过两组实测高维模糊度数据对本文提出的分块处理算法进行了效果验证。结果显示,当分块选择合理时,本文提出的算法相对于LLL算法的解算效率分别可提高65.2%和60.2%。

自适应联邦滤波器在GPS-INS-Odometer组合导航的应用

李增科, 王坚, 高井祥, 姚一飞

2016, 45(2):  157-163.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140530

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针对多传感器观测信息较多、计算效率较低、对动力学模型误差稳键性不佳的问题,提出了一种自适应联邦滤波器并应用于GPS-INS-Odometer组合导航。首先介绍GPS-INS-Odometer组合导航的动力学模型和观测模型,比较分析了信息分配因子和自适应因子的共同特性,论证了联邦滤波器和自适应滤波器的等价性及其等价成立条件,提出了自适应联邦滤波器的信息分配因子构造方法。最后利用实测数据验证了算法的有效性。结果表明,相比于基于GPS和Odometer(里程计)初始方差构造信息分配因子的联邦滤波器,本文提出的自适应联邦滤波器兼容了联邦滤波器高效计算效率,且具有较好的抵抗动力学模型误差效果,能够有效削弱多传感器动力学模型误差对于导航解算的影响,对直接可测参数和间接可测参数的精度提高均起到了积极的作用。

长三角地区多模GNSS斜路径观测分布及水汽仿真层析

王维, 宋淑丽, 王解先, 陈钦明, 朱文耀, 叶碧文

2016, 45(2):  164-169.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140648

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目前长三角地区GNSS网已应用于该地区上空水汽的日常监测和水汽层析的研究。由于该GNSS网站间距较大、分布不均匀,斜路径观测值不能完全满足高精度水汽三维层析的需要,因此,本文对该地区进行了多模GNSS(GPS、Galileo、GLONASS、BDS)的观测仿真和水汽层析试验。结果表明,多模GNSS观测值角度变化范围大,在空间分布更均匀,相同观测条件下,多模GNSS观测值明显降低了空间格网的空格率,特别是改善了大气中上层格网的观测值覆盖情况。多模GNSS观测值弥补了单系统观测分布不均的状况,为空间格网提供了更为丰富的大气观测信息。通过仿真层析试验可以看出多模GNSS能够明显改善层析效果,尤其能够提高地面5 km以上的层析精度。

摄影测量学与遥感

旋转多基线摄影光束法平差法方程矩阵带宽优化

王祥, 张永军, 黄山, 谢勋伟

2016, 45(2):  170-177.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150282

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提出了一种对近景旋转多基线摄影影像进行重新排序编号从而优化光束法区域网平差法方程系数矩阵带宽的方法。首先,根据影像间的相互联系及其地面覆盖范围,计算每张影像的等效摄站位置;然后根据等效摄站间的坐标关系对其进行重新排序编号,得到各影像的逻辑顺序;最后借助影像的逻辑顺序求解平差法方程系数矩阵实际带宽值。试验结果表明,通过上述方法求出的带宽相对于按照影像原始摄影编号计算出的带宽值有很大改进,一定程度上提升了近景旋转多基线摄影实际应用中计算机的运算效率,减少了平差运算对计算机内存的消耗。

多光谱遥感影像亮度空间相位一致性特征点检测

陈敏, 朱庆, 朱军, 徐柱, 黄澜心

2016, 45(2):  178-185.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150030

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提出了一种基于亮度空间和相位一致性理论的多光谱遥感影像特征点检测算法。首先利用参数自适应的灰度变换函数建立影像亮度空间;然后结合相位一致性方法在影像亮度空间进行候选特征点检测,并将候选特征点映射到原始影像上进行非极大值抑制;最后在尺度空间计算特征点的特征尺度值。本文方法有效结合了亮度空间特征检测和相位一致性特征检测的优势,对多光谱遥感影像的辐射变化具有较强的稳健性。试验结果证明,与传统特征点检测算法相比,本文方法在特征重复率和重复特征数量方面都具有明显的优势。

线阵卫星遥感影像外方位元素对偶四元数求解法

余岸竹, 姜挺, 龚辉, 郭文月, 江刚武

2016, 45(2):  186-193.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140643

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基于对偶四元数可统一描述位置与姿态的特点,提出了利用对偶四元数求解线阵卫星遥感影像外方位元素的方法。该方法使用对偶四元数的实部描述传感器的姿态,并利用对偶部和实部共同描述成像传感器的位置。通过对位置和姿态的内插建立了基于对偶四元数的外方位元素模型。为减少运算,将球面线性插值进行化简,进而建立了基于线性插值的成像几何模型。为求解外方位元素,首先对共线条件方程进行了线性化,然后通过矩阵微分运算推导了线元素的虚拟观测方程,并根据误差传播定律确定其权值,最终采用具有约束条件的参数平差法求解外方位元素。试验结果表明本文方法正确可靠,与采用欧拉角和单位四元数的外方位元素求解方法相比,有更高的参数解算精度,同时也表明了准确的初值和虚拟观测方程对外方位元素求解的必要性。

顾及像面畸变的卫星视频稳像

王霞, 张过, 沈欣, 李贝贝, 蒋永华

2016, 45(2):  194-198.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150238

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卫星视频每帧影像外方位元素数值存在差别,相邻帧影像间的同名点在像面位置不同,且由于每帧影像均存在几何畸变,经典的帧间的投影变换模型、仿射变换模型等视频稳像的配准模型不能精确描述帧间的同名点关系。针对该问题,本文提出顾及像面畸变的卫星视频稳像算法,基于仿真的卫星视频,验证了该算法的可行性和精度。

利用北斗GEO卫星反射信号反演土壤湿度

邹文博, 张波, 洪学宝, 杨东凯, 崔兆韵

2016, 45(2):  199-204.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150135

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提出了一种基于北斗GEO卫星反射信号的土壤湿度长期连续探测方法,建立了土壤湿度反演模型,给出了信号处理的一般流程,并搭建陆基接收平台进行了验证试验。该方法采用GNSS-R双天线体制接收处理北斗GEO卫星直射和土壤反射信号,在信号同步的基础上提取信号功率并计算土壤反射率,进而根据反演模型得到土壤湿度。以北斗GEO卫星作为信号源,该方法可以在信号处理中省去一般GNSS-R处理过程的定位解算环节,能够实现对固定区域土壤湿度的长期连续观测。试验结果表明,基于北斗GEO卫星反射信号的土壤湿度反演结果在时间和数值上均具有良好的连续性,与土壤湿度参考值相吻合,均方根误差达到0.049,较北斗IGSO和GPS MEO卫星在反演土壤湿度方面性能更优。

均值漂移与卡尔曼滤波相结合的遥感影像道路中心线追踪算法

曹帆之, 朱述龙, 朱宝山, 李润生, 孟伟灿

2016, 45(2):  205-212.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140610

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基于模板匹配的道路追踪方法是道路提取中较实用的一类方法,但传统模板匹配方法主要以相关系数作为相似性测度,对车辆、树荫等遮挡敏感,不适用于高分辨率遥感影像道路提取。针对这一问题,本文采用一种稳健的相似性测度,设计了一种基于均值漂移的道路中心点匹配算法,克服了传统模板匹配对遮挡敏感的缺点;然后运用卡尔曼滤波,实现高分辨率遥感影像道路中心线追踪。试验表明,该方法能够准确提取高分辨率遥感影像道路中心线,对车辆、树荫等遮挡具有稳健性。

多平台MC-SBAS长时序建模与形变提取方法

邓琳, 刘国祥, 张瑞, 王晓文, 于冰, 唐嘉, 张亨

2016, 45(2):  213-223.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140614

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卫星时序差分雷达干涉已在区域地表形变监测中展现出极好的应用潜力,但因受卫星寿命及重访周期等因素的限制,单一卫星平台很难为长时间跨度(如5~10年)的时序形变计算与分析提供数据源。为扩展区域地表形变监测的时间跨度,本文提出了基于模型约束的短基线集(MC-SBAS)时序干涉方法,即使用非线性形变模型约束SBAS分析与处理,达到不同卫星平台数据融合和形变监测效率提高的目的。研究选取美国南加州地区为试验区域,使用2002-2005年获取的10幅ERS SAR影像和2004-2008年获取的20幅EnviSat ASAR影像,基于MC-SBAS提取该区域时序形变信息,时间跨度扩展为6.5年;以6个GPS站时序观测数据为参考,对MC-SBAS结果和常规SBAS结果进行了对比验证。分析表明,MC-SBAS、SBAS与GPS形变结果的均方根误差分别为8.7和11.7 mm,MC-SBAS形变序列的连续性得到有效改善,而且形变监测精度得到提高。

地图学与地理信息

利用多级弦长弯曲度复函数构建复杂面实体综合形状相似度量模型

陈占龙, 覃梦娇, 吴亮, 谢忠

2016, 45(2):  224-232.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140633

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介绍了一种复杂带洞面实体空间对象的几何相似度度量方法。该方法提取面实体的中心距离、轮廓线的多级弦长、弯曲度及凸凹性等特征,构造多级弯曲度半径复函数对其局部和整体特征进行描述,并通过傅里叶变换得到傅里叶形状描述子对面实体间的形状相似性进行度量。同时根据场景完整度和相似性度量模型计算复杂带洞多边形中每个场景的匹配度,利用多级特征完成复杂面实体间的几何相似性度量。对不同空间复杂度的面实体的几何相似性的度量试验表明,该方法简单可行且不失精度,结果符合人类认知。

空间层次聚类显著性判别的重排检验方法

唐建波, 刘启亮, 邓敏, 黄金彩, 蔡建南

2016, 45(2):  233-240.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140605

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同时顾及空间邻近与专题属性相似的空间层次聚类是挖掘空间分布模式的一种有效手段。空间层次聚类方法虽然可以获得多层次的聚集结构,但聚类结果显著性的统计判别依然是一个尚未解决的难题。为此,本文提出了一种空间层次聚类结果显著性的统计判别方法,用于确定空间层次聚类的停止准则,减少聚类过程对参数设置的依赖。通过试验分析与比较发现,该方法能够有效判别空间层次聚类结果的显著性和确定层次聚类合并过程的停止条件,同时具有很好的抗噪性,避免随机结构的干扰。

椭球面三角形外心的地图代数解法

蒋会平, 谭树东, 胡海

2016, 45(2):  241-249.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20140503

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椭球面三角形外心到3个相邻顶点的大地线距离都相等。面向椭球面空间的外心大地坐标的求解对于椭球面Voronoi图的生成和椭球面Delaunay三角网的构造具有重要作用。利用基于地图代数理论的矢栅结合方法,首先基于地图代数测地变换建立高精度椭球面空间距离场,再通过边界跟踪配对确定外心所在的栅格范围,最后通过数值计算内插生成初始等距点并不断逼近外心的精确大地坐标。试验结果表明,采用本文方法求解的椭球面三角形外心大地坐标,在10³～10⁴ km跨度内其定位误差小于0.001 m,且算法非常适用于海量空间数据的高精度快速计算。

博士论文摘要

多视倾斜影像高效匹配的近邻信息监督度量学习方法

胡翰

2016, 45(2):  250-250.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150413

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测绘无人机低空数字航摄影像去雾霾研究

王京卫

2016, 45(2):  251-251.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150412

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水文变化驱动的暴雨-洪涝灾害主动模拟方法

丁雨淋

2016, 45(2):  252-252.  doi:10.11947/j.AGCS.2016.20150293

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