基于嫦娥二号立体影像的全月高精度地形重建

提出了一种针对嫦娥二号高分辨率立体影像的全月处理方法,采用5个激光反射器的月面位置作为绝对控制点,制作了一个新的全月地形产品（CE2TMap2015）,包括7 m、20 m和50 m 3种不同分辨率类型的数据,实现了全月球范围内的无缝镶嵌和高精度绝对定位,数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）均实现了全月球覆盖。在评估CE2TMap2015地形数据产品平面位置精度和高程精度的基础上,与SLDEM2013、GLD100和LOLA DEM等全月地形产品进行了比较,结果显示CE2TMap2015地形数据产品在空间分辨率、全月覆盖率、数据连续性、绝对定位精度和地貌结构细节表达等方面与其他全月地形产品相比具有明显的优势,可广泛用于月球科学研究和应用。     

基于降落相机图像的嫦娥三号着陆轨迹恢复

嫦娥三号降落相机在探测器实施软着陆的过程中获取了大量序列月面图像,这些图像不仅为公众提供了可视化的着陆过程,而且为着陆器在卫星遥感影像上的高精度定位提供了数据基础。在分析这些序列图像成像几何特性的基础上,提出一种利用降落序列图像进行嫦娥三号着陆器轨迹及姿态恢复的方法。首先通过序列影像进行自由网平差,建立各降落影像及月面的相对位置和姿态关系;然后通过量测卫星遥感影像及降落影像上月面标志物的尺寸,求解出建立的相对模型的尺度,从而恢复出序列降落影像在着陆过程中的带尺寸的位置和姿态;最后通过降落影像的密集匹配,完成着陆区域月表3维模型的重建。本文充分挖掘了降落相机的应用潜力,为嫦娥三号着陆任务中后续科学探测工作提供了高精度的数据支持。     

嫦娥三号月基光学望远镜几何定位精度分析

介绍了嫦娥三号月基光学望远镜的工作原理、涉及的坐标系统及其转换关系, 研究探测数据的几何定位方法, 并通过算例分析几何定位精度。研究结果显示, 通过几何定位能够得到误差小于0.2°的天体天文坐标, 解算精度优于月基光学望远镜的指向精度。     

基于监视相机单像量测的嫦娥三号巡视器与着陆器分离决策支持

嫦娥三号探测器系统两器分离是着陆后进行的第一个关键动作,也是后续着陆器探测和巡视器月面巡视勘察的基础,解决两器安全分离问题对于整个工程的实施具有重要意义。针对实际任务中对分离决策实时性和可靠性要求高的特点,使用基于着陆器监视相机的单像量测方法对月面环境中障碍物和通信遮挡包络进行分析计算,评估两器分离过程中的不安全因素,为两器分离决策提供支持。介绍了监视相机单像量测和通信遮挡包络计算方法,并对量测精度进行了分析验证。     

嫦娥三号着陆器精确定位与精度分析

嫦娥三号成功实施月球软着陆,对着陆器实施精确定位是开展科学数据分析的基本要求。本文首先描述了月球着陆器定位的精确观测建模与统计定位方法,然后使用嫦娥三号着陆器现有测量数据进行了定位计算,利用月球高程模型和光学图像数据计算位置对定位结果进行了比较。结果表明,着陆器计算位置与高程模型的高程方向差异为4.5 m,与光学图像解算的三维位置差异小于100 m。最后,基于协方差分析理论,分析了当前测量条件下的着陆器定位能力,结果表明测距数据的系统偏差是制约定位精度的主要因素,如果能消除测距系统偏差,可以实现10 m定位精度。     

嫦娥二号影像密集匹配及DEM制作方法

嫦娥二号卫星搭载了一台两线阵CCD立体相机,以线阵推扫成像方式获取了覆盖全月球的7 m分辨率影像。与嫦娥一号影像相比,影像分辨率大大提高,月表地貌细节更加丰富,制作高分辨率月表DEM更加复杂而困难,现有的基于嫦娥影像制作方法难以满足应用需求。针对嫦娥二号影像特点,在基于RPC模型生成近似核线影像基础上,进行金字塔影像匹配,实现了原始影像的逐像素匹配;计算匹配点的月面坐标后,采用基于反距离插值方法生成月表三维地形;对于图像阴影等地形漏洞,采用基于径向基函数进行插值填补。试验结果表明,该方法生成的月表三维地形DEM数据,能准确真实地表达高分辨率的月表地形地貌细节,并较好地应用于嫦娥二号全月球三维地形DEM数据产品的生产任务中。     

遥感制图与导航定位技术在嫦娥三号遥操作中的应用

系统介绍了嫦娥三号遥操作中基于影像的遥感制图与导航定位技术的应用方法。利用降落相机序列影像实现了嫦娥三号着陆器在嫦娥二号卫星影像上的高精度定位,并生成了着陆区高精度3维制图产品;利用导航相机立体影像生成巡视器周围地形产品,采用站间影像匹配定位和DOM匹配的方式实现了玉兔号月球车的连续高精度定位;将高精度的定位结果和制图产品应用于月球车遥操作任务规划中,为月球车的安全行驶和科学探测提供了精准的定位和3维地形信息。月球车月面巡视探测工作的顺利完成,验证了这些应用技术的可靠性。     

嫦娥一号绕月探测卫星精密定轨实现

对探月任务精密定轨技术进行了论述,分析了轨道确定过程中的关键技术问题。基于SMART-1探月卫星测轨数据,对精密定轨软件系统进行了测试验证,3 d数据弧段定轨结果精度优于百米。在嫦娥一号任务实施过程中,各轨道段轨道的计算结果准确,卫星成功进入环月使命轨道,特别是原计划三次中途修正仅执行了一次,为卫星节约了宝贵的燃料。与外部星历互差的结果表明,整个任务阶段定轨精度在百米量级,环月段定轨精度约数十米。实施结果表明,该文给出的定轨技术理论正确,关键技术解决有效,完全满足探月任务工程测控和科学研究的需要。     

利用嫦娥一号IIM 模拟数据提取月表矿物端元的的精度分析

干涉型成像光谱仪(IIM) 作为中国首颗探月卫星嫦娥一号上的重要载荷之一,已经获取了大量的月球高光谱数据.然而由于IIM 数据的光谱范围被限定在480—960 nm 波谱范围内,很少覆盖月表矿物的波谱吸收特征,利用IIM 数据反演月表矿物信息面临巨大挑战.当前月表地面调查数据或精细矿物分布制图还很缺乏,难以对反演或提取结果进行有效验证.本文利用月表4种主要矿物(斜长石、单斜辉石、橄榄石和钛铁矿)进行线性混合构建IIM 模拟数据,分析月表矿物端元提取的精度,并对真实IIM 数据进行了初步应用.根据斜长石和钛铁矿的不同组合比例分别模拟了月表的月海和高地,模拟数据还加入了与IIM 真实数据分布趋势一致的随机噪声.基于4种端元提取算法(VCA 、ICA 、MVSA 、SISAL) 对模拟数据进行端元提取,并以光谱角距离(SAD) 作为端元提取的精度评价准则.结果显示,MVSA 和SISAL 算法提取的所有矿物端元的光谱角距离都小于0.1 ,一般意味着矿物提取精度可以被接受.斜长石在各种算法下提取端元的光谱角距离都小于0.015 ;单斜辉石和钛铁矿提取端元的光谱角距离都小于0.1 ;橄榄石提取精度最差,在ICA 算法下其光谱角距离高达0.34 .     

基于栅格DEM的地形特征提取与分析

以陕北延安地区燕儿沟流域为实验样区,运用比较分析法和数理统计法进行基于栅格DEM的地形特征提取和分析,以及DEM分辨率对地形特征的影响,并计算和比较了地形特征的空间统计分布。研究表明:一个相对真实的DEM能够通过修改生成DEM的基本材料,以及对DEM进行再加工而获得。由于DEM分辨率的不同,由此得到的地形特征值(如坡度、地形指数、河网密度等)在统计特性上也会随之变化。随着DEM分辨率的降低,坡度减小,地形坦化,地形指数均值变大,流域总面积变大,子流域数量减少,河流总长度减小,河网密度降低。     

嫦娥-3号月面巡视探测器立体相机的控制场检校

嫦娥-3号月面巡视探测器安装了一对导航相机、一对全景相机和一对避障相机,对这3对立体相机的检校是实施月面巡视探测器导航定位和地形恢复的基础。通过建立高精度的控制场,采用附有约束条件的间接平差方法,对嫦娥-3号月面巡视探测器的立体相机进行高精度的检校。试验表明,该方法能够提高相机检校的精度和稳定性。     

基于资源三号卫星影像的DEM数据生产试验

我国自主研发的立体测绘卫星资源三号已经成功发射并获取了大量影像,应用前景广阔。本文利用资源三号卫星遥感影像立体像对数据,进行甘肃省民勤县数字高程模型(DEM)生产试验,探讨了生产技术流程,检测了成果产品精度,着重对比航空摄影成图产品分析资源三号产品精度的可靠性,最后简要阐述了资源三号卫星遥感影像在基础测绘更新中的应用前景。     

嫦娥二号卫星日地拉格朗日L2点探测轨道定轨分析

嫦娥二号卫星于2011-06～2012-04实施拓展试验,运行在绕日地系L2点的Lissajous轨道上。拓展试验期间嫦娥二号卫星距离地球最远约1 700 000km,随着卫星与地球距离的增加,测轨数据的噪声水平也明显增加;另一方面,距离的增加使得飞行过程中动力学约束逐渐减弱,测轨几何可确定性变差,定轨计算的难度也相应提升。这两个因素对测控系统提出了更为严格的要求。描述了嫦娥二号卫星拓展试验期间的轨道计算情况并进行评估。分析表明,在当前的测控条件下,逃逸初期轨道计算的精度优于km级,速度精度优于1cm/s,而随着飞行距离的增加,轨道计算所需的测轨弧段也相应增加,在转移阶段后期,连续使用20d以上的测轨数据进行定轨计算,通过弧段搭接与轨道预报比较,内符合满足2km的精度水平。     

不同精度DEM流域地形特征提取分析及坡度误差控制研究

以北京密云水库牤牛河流域为试验区,对该流域4种精度DEM提取的流域地形值进行分析,并基于此对不同精度DEM所提取的坡度值进行了误差量化控制,运用曲线回归方法,建立了坡度损失拟合方程系.试验证明,该方法对坡度误差控制较好,具有较大的应用价值.     

地面三维激光扫描数据的DEM重建精度分析

提出将地面三维激光扫描技术获取的地表点云数据,实现数字高程模型(DEM)表面的重建,并从数据误差和建模误差两个方面对DEM重建的精度进行分析,提出了改进精度的方法。     

嫦娥一号DEM数据月表撞击坑自动检测

基于嫦娥一号数字高程模型(DEM)数据,利用地形信息参数来描述月表撞击坑的边缘轮廓特征,采用Hough变换检测方法提取了月表撞击坑。将该方法应用于克拉维乌斯(Klavius)撞击坑的周围区域,在DEM数据500 m空间分辨率下,不考虑退化严重的撞击坑时,检测百分比D=90%,分支系数B=0.30,质量百分比Q=71%,在考虑退化严重的撞击坑时,D=71%,B=0.30,Q=58%;研究表明该算法对没有退化或轻微退化的撞击坑有很好检测效果。与基于影像数据月表撞击坑自动检测的研究进行比较,本文给出的算法具有更高的检测精度,同时虚假检测较少。证明该方法用于月表撞击坑的自动检测是可行的。     

我国第一颗民用三线阵立体测图卫星——资源三号测绘卫星

2012年1月9日,我国成功发射了第一颗民用三线阵立体测图卫星"资源三号测绘卫星",资源三号测绘卫星配置2台分辨率优于3.5 m、幅宽优于50 km的前后视全色TDI CCD相机,1台分辨率优于2.1 m、幅宽优于50 km的正视全色TDI CCD相机和1台分辨率优于5.8 m的多光谱相机;为了保证精度精度和可靠性,资源三号测绘卫星采用大平台、并配置双频GPS以及多个陀螺,经过处理,资源三号无控制点直接定位优于15 m,带控制点高程精度优于3 m,平面精度优于4 m,完全满足1∶50 000测图精度。     

基于资源三号测绘卫星DSM的精度评估研究

作为我国首颗民用立体测绘卫星数据产品,ZY-3 DSM对于我国地学分析具有极其重要的作用。本文在顾及地貌情况前提下,选取云南省高海拔山区为试验区,辅以1∶10 000野外实测地形图DEM为参考值,将分辨率为15 m的ZY-3 DSM与90 m的SRTM DEM从高程精度和地形精度进行较为全面的数据质量比较。结果表明:ZY-3 DSM在高程精度和地形精度均有更好的表现。总体看来,ZY-3 DSM数据质量更高,具有更广泛的利用价值。     

利用嫦娥一号激光高度计数据制作月球DEM的方法研究

本文结合嫦娥一号卫星(CE-1)激光高度计产品数据,研究卫星激光测距数据处理和数字高程模型(DEM)制作的方法。通过滤波实验分析,构造了符合月球地形特征的经验滤波器,并确定了适合LAM数据的滤波窗口大小和地形滤波参数。结合实验结果改进了滤波流程,并对实验区滤波。利用滤波后的数据对八种基本的插值方法进行实验,通过计算插值精度、比较地形晕渲图以及地形剖面细节,评价和比较各方法的插值结果,由此得到结论,克里金插值方法较其他七种方法更适用于月球地形规则格网的生成。最后结合月海和高地两个典型区数据,验证了该套DEM提取方案对不同地形特征区域的适用性。从而,为利用CE-1激光高度计数据开展月球科学研究的科研人员,提供一套行之有效的地形数据处理参考方案。     

嫦娥一号激光高度计数据交叉点分析与平差处理

本文对嫦娥一号激光高度计进行了轨道交叉点分析和平差方法研究。根据获取的912万个激光高度测量点进行交叉点计算,产生了整个月球表面140多万个轨道交叉点,对交叉点的位置分布特点与交叉点不符值的时间分布特性进行了系统分析,并运用4种基于时间的函数模型对交叉点不符值进行平差处理和对比分析。在试验区(0°N~60°N, 50°W~0°W)内,4种交叉点平差模型均能使交叉点高程不符值中误差从平差前的62.1m降至37m以内,在此基础上产生的DEM条带现象消失或减弱,表明交叉点平差能明显改进DEM的质量。