多代卫星测高数据联合平差及重力场反演
多代卫星测高数据联合平差及重力场反演
黄谟涛, 翟国君, 欧阳永忠，陆秀平，刘传勇，王克平
(海军海洋测绘研究所，天津, 300061 )
Integrated Data Processing for Multi-satellite missions and the Recovery of
Marine Gravity Field
HUANG Mo-tao ，ZHAI Guo-jun ，OUYANG Yong-zhong ，LU Xiu-ping ，LIU Chuan-yong ,，WANG Ke-ping
(Tianjin Institute of Hydrographic Surveying and Charting, Tianjin, 300061, China)
Abstract: In order to eliminate the inconsistency of the existing data from multi-satellite missions, we propose a new method for optimal combination of the altimeter data. In our data management system, the crossover adjustment is modified to a two steps processing based on the a posteriori compensation theory of error, i.e. the crossover adjustment of condition equations is made in the first step, and the filtering and prediction of adjustment corrections done along each single pass in the second step. Using the new approach can simplify the solution procedure of crossover adjustment greatly, and the stability and reliability of its computation results can be expected. The new method can be used to both local and global crossover adjustment problem. Finally, a practical altimeter data set from Geosat, ERS-1,ERS-2 and TOPEX/POSEIDON(T/P) over the regional area of
100150E E λ≤≤ and 550S N ?≤≤ is used as a case
study to prove the efficiency of the integrated data processing method.
Key words: satellite altimetry; data processing, crossover adjustment, gravity anomalies
摘 要：为了解决多代卫星测高数据之间的不协调性问题，本文基于误差验后补偿理论，提出将传统的交叉点平差整体解法简化为两步处理法，即首先使用条件平差法对交叉点观测方程进行平差计算，然后沿测高轨迹进行海面高滤波和推估。使用新方法可大大简化联合平差计算过程，且有利于提高计算结果的稳定性和可靠性，对规则和不规则的区域网和全球网交叉点平差问题都同样适用。实际算例已经证明了新方法的有效性。 关键词：卫星测高；数据处理；交叉点平差；重力异常
1 引言
随着空间科学技术特别是人造地球轨道卫星技术的发展，人类研究海洋和认识海洋的手段正在发生实质性的变化，海洋卫星遥感测量便是这种人类需求和科技进步的产物，它已成为人类观测海洋和认识海洋的重要手段。卫星高度计是海洋遥感卫星装备的基本观测仪器之一，由于卫星高度计能在全球范围内全天候重复准确地提供海洋表面的高程变化信息，因此，它在海洋动力学、地球物理学以及海洋大地测量学等学科研究和应用领域具有非常重要的应用价值。
由卫星测高技术提供的精密全球或区域性平均海面高模型，已成为研究全球和区域性海洋学问题的重要基础。人们利用卫星测高技术监测平均海面高度的微小变化，进而研究全球气候变化的总体趋势；根据热带赤道海域平均海面的年际变化分析和预测厄尔尼诺（El Nino ）事件的发生与发展
[1～3]
。测高卫星还被认为是一种功能强大的全球海洋潮汐信息观测系统，近年来基于卫星测高数据提取海洋潮汐信息研究的成果已有相当数量的积累，例如文献[4]和[5]。
设计卫星高度计的最初目的是研究和测定地球形状及大地水准面，进而恢复海洋重力场。卫星
测高极大地改善了海洋大地水准面的求定精度，是这项技术对大地测量学和地球物理学研究的一个最大贡献。实际计算结果表明，卫星测高已经能够为我们提供海洋地区具有统一高程基准以及具有较高精度和分辨率的大地水准面起伏，由卫星测高数据间接推求海洋重力异常研究也取得了令人瞩
基金项目：国家海洋专项资助项目（420050403） 作者简介：黄谟涛（1961-），男，海南文昌人，高级工程师，博士生导师，主要研究方向为海洋大地测量。
目的成果
[6～10]
。
多方面成功应用已经充分显示卫星测高技术具有巨大的实用价值和无比广阔的应用前景。但是无论是研究平均海面变化、提取海洋潮汐信息，还是推求海洋重力场，都必须以经过精化处理后的海面高度数据为基础。由于受卫星定轨误差、测高误差和海面高时变误差等多种干扰因素的影响
[11～
13]
，卫星测高观测量不可避免存在一定大小的偏差，尽管在数据处理中，可通过数学建模方法对一
些主要误差源进行改正，但剩余噪声影响量值仍不可忽略。因此，必须开展数据精细后处理研究工作。自1973年第一颗测高卫星（Skylab ）发射升空至今，已有近10颗卫星测高数据投入运用。这些卫星发射于不同年代，由于受当时科学技术条件的限制，不同时期获取的卫星测高数据在覆盖率、分辨率、采样率以及精度水平等各个方面都存在不小的差异。为了充分利用卫星测高数据资源，近十年国内外学者重点开展了多代卫星测高数据融合技术研究，并积累了相当数量的研究成果
[6～8，14～
16]
。测高轨迹交叉点平差是这一研究领域的核心技术，本文在深入分析和评价现有交叉点平差方法
技术特征基础上，主要针对现有方法实施过程过于烦琐和存在较多不确定因素等问题[12～16]
，基于误
差验后补偿理论
[17]
，提出了测高轨迹交叉点平差分步处理新方法，并通过对Geosat 、ERS-1、ERS-2
和T/P 四种卫星测高数据处理结果的分析，证明新方法具有极好的适用性和有效性。在此基础上，本文利用多代卫星测高数据联合平差获得的结果，进一步反演了中国海及其邻域地区的重力异常，并将计算结果同海面船测数据作了比对，证明计算结果是可靠的。
2 现有交叉点平差方法分析
由于受当时空间科学技术发展水平的限制，早期测高卫星定轨精度较低，径向轨道误差一直被认为是卫星测高观测量的主要误差源，利用交叉点的闭合差对海面高观测值进行平差，是削弱径向轨道误差，也就是补偿海面高观测系统性偏差的基本方法，传统上称之为交叉点平差。多年来，国内外众多学者对交叉点平差问题进行了大量研究，同时为了构建平差模型，对径向轨道误差的时域和空域特性作了深入的理论研究，取得了诸多可喜成果[12,18]
。
传统上，进行交叉点平差一般推荐使用以下径向轨道误差模型：
μμcos sin 210x x x r ++=? （适于长弧） （1） μ10x x r +=? （适于中长弧） （2） 0x r =? （适于短弧）
（3） 式中0x ，1x 和2x 代表与轨道长半径a ，偏心率e 和平近点角M 相应摄动量a ?，e ?和M ?有关的参数，在区域范围内假定为常数，是交叉点平差的待估参数，μ为相对某个参考时间的关于M 的时间变量，由观测时间确定。将交叉点海面高的不符值作为观测量，可建立相应的平差观测方程，以（2）式作为径向轨道误差模型为例，求交叉点处升弧和降弧两个海面高观测量的差值（即不符值），得观测方程如下：
001
1()()()()(
)()
i j d j a i d j
d
j a
i a
i
k l x x x t
x t =-+?-?
（4） 式中上标i 代表升弧编号，j 为降弧编号；下标k 为交叉点编号。以上误差方程相应的矩阵形式为
L X
A V -=? （5） 式中A 为系数矩阵，L 为观测值向量，X
?为未知参数向量，其最小二乘解为 Pl A PA A X
T T 1)(?-= （6）
式中P 为观测值的权阵。
当观测量（交叉点）总个数大于待估参数总个数时，方程（5）是“超定”的，即有多余观测，
因此从理论上讲它应该有唯一最小二乘解。但由于这里作为观测量的交叉点海面高不符值只是一种相对观测量，即交叉点网络中没有固定的海面高作基准，或者说没有一条升弧或降弧其径向轨道误差参数是已知的，因此交叉点网络是一个自由网，如同自由水准网一样，存在基准问题。这说明由误差方程（5）建立起来的法方程式是奇异的，即法方程系数矩阵是秩亏的。固定一个交叉点需要已知4个径向轨道误差参数，可以证明
[12]
，其法方程系数矩阵)(PA A N T =秩亏数为4。如果径向
轨道误差用一个n 次多项式来表征，则秩亏数为2)1(+n 。由此得知，交叉点平差是一个秩亏平差问题，对此问题目前有三种可行的处理方法
[12～14]
：
（1）固定弧段法。对两参数模型，选择网中认为精度最高的两条平行弧段作为固定弧段；当使用n 个模型参数时，则固定n 条平行弧段。
（2）亏秩网平差法。即在最小二乘准则min =PV V T
和最小范数条件min =X X T
（或
min =X P X X T ）下求方程解，其解为PL A P PA A X
T x T 1)(?-+=。 （3）拟合与平差同步法。在进行交叉点平差的同时，进行测高海平面与大地水准面之间的拟合，即在每一个交叉点上联合残差海面高和海面高不符值两类观测方程，按以下最小二乘准则求解径向轨道参数
min =+γγW PV V T T （7）
式中W 是两曲面残差拟合所取的权。
从以上的分析和讨论不难看出，无论采用哪一种处理方法，交叉点平差传统的解算过程明显过于复杂和烦琐，不利于工程化应用，对于不规则的区域网和全球网交叉点平差问题，情况更是如此。另外，传统平差方法一直是以径向轨道误差作为主要误差源来构建平差模型的，最近几年，随着轨道改进技术的运用，新版本卫星测高数据（特别是对应于新一代测高卫星的数据）中的径向轨道误差已经得到有效控制，其影响量值与其他诸如观测仪器、地面定轨参考框架偏心、海潮模型、时变海面地形等误差源已经基本相当，因此可以认为，当前卫星测高数据受到的影响是来自多方面的动态系统误差的干扰，这些干扰的综合效应变化规律相当复杂，研究构建与之相对应的平差模型，自然就成为联合处理多代卫星测高数据的关键。为了简化计算过程，提高计算结果的稳定性和可靠性，本研究提出将传统的交叉点平差整体解法简化为两步处理法，即首先使用条件平差对交叉点观测方程进行平差，然后使用新的误差模型沿测高轨迹进行海面高滤波和推估。这种在平差后进行系统误差补偿的方法也称为验后补偿法，具体计算过程如下。 3交叉点条件平差
这里首先将测高轨迹上任意一点的海面高观测值表示为：
0 h h =+? （8）
式中h 代表海面高观测量；0h 为h 的真值；?为观测误差（含偶然误差和系统误差）。根据上式，在第i 条升弧和第j 条降弧的交叉点处，可建立如下形式的条件方程式：
a d a d ij ij ij ij h h νν-=- （9）
式中a d ij
ij ij h
h d -=称为交叉点海面高不符值。对于具有多个交叉点的轨迹网络，可写出交叉点条
件方程的矩阵形式为
0BV D -= (10)
式中V 为观测误差改正数向量；B 为由1和-1组成的系数矩阵，D 为交叉点不符值向量。式(10)的最小二乘解为
111 T -T -V P B (BP B )D -= (11)
对应的协因数阵为
1111 T -T -V Q P B (BP B )BP --= (12)
式中P 为观测值向量权矩阵。设测高轨迹上各个测点均为独立观测量，则不难推得
/()a d a d ij ij ij ij ij p d p p ν=+ (13) /()d a a d ij ij ij ij ij p d p p ν=-+ (14)
式中a ij p 和a ij v 分别代表第i 条升弧在交叉点处的观测权因子和观测量改正数；d ij p 和d ij v 分别代表第j 条降弧在交叉点处的观测权因子和观测量改正数。如果进一步把各个测点视为等精度观测，则有
/2 a ij ij d ν= ；/2 d ij ij d ν=- (15)
4测高沿轨滤波和推估
按前面的交叉点条件平差方法求得改正数V 值以后，可进一步将V 值视为一类虚拟的观测量，通过选择合适的误差模型来描述测高沿轨系统偏差的变化，并以此为基础对V 值进行最小二乘滤波和推估。从包含偶然误差和系统误差的V 值中排除噪声干扰进而分离出系统偏差（信号）的过程即为滤波；根据滤波结果确定的误差模型进一步补偿各个测点上的系统偏差可以理解为是一种推估过程。
由前面的分析得知，当前卫星测高数据受到的影响是来自多方面的动态系统误差的干扰，这些干扰的综合效应变化规律相当复杂，有线性变化的部分，也有周期性变化的部分，但更多的是变化规律表现复杂的部分，对于这些按复杂规律变化的系统误差，我们可以设法将其展成代数多项式或其它函数形式来分析它与某种因素的联系。根据Wagner （1985）和Rummel （1993）等人的研究结果，同时考虑到各类测高误差的综合作用效果，本文将传统的测高误差模型扩展为如下以测点时间作为自变量的混合多项式模型：
011
()(cos sin ) m
n
n i i i f t a a t a t b i t e i t ωω==+++++∑ (16)
式中t 代表测点时间；(0,1,2,,)i a i n = 和,(1,2,,)i i b e i m = 均为待定系数；ω代表对应于误差变化周期的角频率,一般情况下，取为
102/()T T ωπ=- （17）
式中0T 和1T 分别代表测高弧段起始和结束所对应的观测时刻。此时式（16）中的时间变量应相应改写为0()t T -。误差模型直接反映平差问题的物理或几何特性，因此其形式准确与否，将对平差结果的质量起决定性作用。本文使用式(16)作为误差模型的出发点是，除测高卫星径向轨道误差以外，把其它误差源也都包罗在假定的误差模型中，能够较好地体现不同干扰因素影响下的综合作用效果。
完成交叉点条件平差以后，对于每一条测高弧段，以式(16)为误差模型可建立如下形式的误差方程:
() f t νδ=+ (18)
式中δ为观测噪声。式（18）的矩阵形式为
V AX U =+ (19)
这里V 代表前面由交叉点条件平差得到的虚拟观测值向量（即交叉点海面高观测量改正数）；U 为
V 的改正数向量；A 为已知系数矩阵；X 为待求的误差模型参数向量。式(19)的最小二乘间接平
差解为
1( T -T
V V X A P A)A P V = （20）
式中v P 为
V 的权矩阵。将按式(20)求得的误差模型系数代入式(16)，依据各个测高弧段测点的观测时间即可完成相应的系统偏差改正。
由式（12）得知,当我们把各个测点上的海面高视为独立等精度观测量时，虚拟观测值向量V 的权矩阵v P 将是由阶数为4的单位权矩阵组成的特殊型带状矩阵。这说明在前面的假设条件下，每一条升弧段的虚拟观测值向量只与每一条降弧段中的一个虚拟观测值发生相关关系，同样，每一条降弧段的虚拟观测值向量只与每一条升弧段中的一个虚拟观测值发生相关关系。如果我们忽略它们之间存在的这种微弱关系，那么，在解算式（20）时，只需要单独地处理每一条弧段（包括升弧和降弧）在交叉点处的虚拟观测量，而不必将整个测网作为一个整体进行求解。这个结果是我们所期望的，也是本文提出两步处理法的目的所在。相比较而言，虽然从理论上讲，这种基于验后补偿法的平差效果可能不如合理赋权的严密整体平差法，但它的计算过程要比严密平差法简化许多，其法方程式也不再出现秩亏现象，因此它的平差结果应当更加稳定和可靠。将这一改进算法应用于多代卫星测高数据联合平差处理更能体现其简单实用的优越性。
5 多代卫星测高数据联合平差实践
本研究采用的卫星测高数据包括GEOSAT ，ERS-1,ERS-2和T/P 四大类别。它们分别由不同国家和机构先后研制、制造和发射，其执行任务的目的、数据精度以及资料覆盖的时间跨度都各不相同。为了消除不同年代卫星测高数据内部及相互之间的不协调性，本文首先使用前面提出的两步处理法对每一类别卫星测高数据进行内部平差处理，即进行单星交叉点两步平差处理。在此基础上，以T/P 卫星所采用的地球参考坐标框架和地球椭球为基准，将其他种类卫星测高数据统一到同一基准，即固定所有T/P 测高弧段，逐一进行其他卫星与T/P 卫星之间的双星交叉点两步平差处理。最后，利用两个阶段联合平差处理获得的计算结果，通过网格化方法进一步建立2′×2′平均海面高数值模型。
本研究选用的数据覆盖范围为：纬度5~50S N
，经度100~150E E
。首先完成四种卫星五类数据自交叉点海面高不符值计算，计算统计结果列于表1。
表1 各类卫星自交叉点平差前的海面高不符值统计结果（单位：cm ）
经单星交叉点两步平差方法处理后，各类卫星自交叉点海面高不符值统计结果如表2所示。
表2 各类卫星自交叉点平差后的海面高不符值统计结果（单位：cm ）
完成第一阶段平差处理后，我们进一步计算T/P 卫星与其他卫星互交叉点上的海面高不符值，其统计结果如表3所示。
表3 T/P 卫星与其他卫星互交叉点平差前的海面高不符值统计结果（单位：cm ）
Tab.3 statistics of crossover differences (in cm) between T/P and the other satellites before co-crossover
经双星交叉点两步平差方法处理后，T/P 卫星与其他卫星互交叉点上的海面高不符值统计结果如表4所示。
表4 T/P 卫星与其他卫星互交叉点平差后的海面高不符值统计结果（单位：cm ）
Tab.4 statistics of crossover differences (in cm) between T/P and the other satellites after co-crossover
表1和表2计算结果说明，本文提出的卫星测高系统误差验后补偿两步处理法取得了预期的效果，海面高交叉点不符值均方根值已从平差前的5~25±±cm 下降到平差后的2~10±±cm ，补偿效果非常显著，这一步骤已基本上消除了各类卫星测高数据自身内部的不协调性。从表3计算结果可以看出，T/P 卫星与其他卫星数据之间明显存在一个大小不等的常值系统差，这是由于它们采用了不同的参考椭球和参考框架的缘故。为了消除它们之间的不协调性，我们在完成第一阶段自交叉点平差后，继续进行第二阶段互交叉点联合平差，表4计算结果说明，第二阶段误差补偿也取得了非常好的效果，海面高交叉点不符值均方根值从平差前的21~30±±cm 下降到平差后的5~6±±cm ，成功实现了多代卫星测高数据基准的统一。
6 卫星测高重力场反演
为了检验前面计算结果的可靠性，本文利用距离加权求平均方法将离散点海面高转换为2′×2′网格值，并通过差分方法求出各个网格点上的垂线偏差分量，将此数值模型代入逆Vening Meinesz公式[8]，由1-D FFT算法计算出相应网格点上的重力异常值。本文最后完成了将反演重力异常与海面船测重力归算值进行比较的外部检核工作。参加比较的船测重力异常均为我部从1990年至2003年在我国海区获得的实际观测值，其观测精度在1~3毫伽之间，测点总数为1,497,080个。现将参加比较的海面船测数据分布范围、数量、重力和水深变化幅度及反演重力异常比较结果统计如下：
表5 海面船测重力水深数据概况及反演重力异常比较结果(单位：毫伽)
Tab. 5 statistics of differences (in mgal) between ship-measured and satellite-derived gravity anomalies
从表5列出的比较结果可以看出，卫星测高反演重力异常与船测观测值之间普遍存在一定大小的系统性偏差，这大概与参考场误差、坐标及重力系统转换误差有关，但其真正的原因还有待做进一步的研究。表5计算结果同时说明，利用卫星测高数据反演海洋重力异常的点值精度在4.79~8.57毫伽之间，平均精度指标为6.33毫伽，如果把船测重力异常本身还存在1~3毫伽的观测误差这一因素也考虑在内的话，那么，从上面的比较结果可以看出，卫星测高反演重力异常点值的计算精度已经非常接近于我们在文献[19]中所作的理论估算水平
毫伽)。上述数值估算结果略高于国际上其他几位作者获得的比对结果[6～8]。这也从另(即 5.4
一个侧面说明，我们获得的卫星测高重力异常反演结果是可信的，反演手段和反演精度都达到了当今国际上的先进水平。
7 结束语
由于影响卫星测高观测量的各种误差源变化都极其复杂，期望使用确定的数学模型来模拟各种误差影响，并对其进行完全彻底的改正几乎是不可能的，因此必须考虑使用其它手段来消除剩余误差的影响。为了解决多代卫星测高数据联合平差问题，本文提出将传统的交叉点平差整体解法简化为两步处理法，即首先使用条件平差法对交叉点观测方程进行平差计算，然后沿测高轨迹进行海面高滤波和推估。本文为此构建的系统误差补偿模型既考虑到了主要误差源，即测高卫星径向轨道误差的影响，又把其它误差源也都包罗在假定的误差模型中，能够较好地体现不同干扰因素影响下的综合作用效果。使用新方法可大大简化联合平差计算过程，且有利于提高计算结果的稳定性和可靠性，对规则和不规则的区域网和全球网交叉点平差问题都同样适用，因此具有较高的应用价值。
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常见的资源卫星影像数据区别
一.遥感数据基础知识： 太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据。目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、红外线和微波。航空与航天飞行器运行快、周期短，可获得多时相数据。以美国陆地卫星5号（Landsat 5 ）为例，Landsat 5每天环绕地球14.5圈，覆盖地球一遍所需时间仅16天，而气象卫星的周期更短（1天或半天）。由于探测距离远，传感器所获得的地面影像覆盖的空间范围较大。它距离地表的高度是705.3 km，对地球表面的扫描宽度是185 km，一幅TM 图像可以全部覆盖我国海南岛大小的面积。不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性. （1）遥感平台 遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为： 地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。 航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。 航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。 人造地球卫星的类型： 低高度、短寿命卫星：150～350 km，用于军事。 中高度、长寿命卫星：350～1800 km，地球资源。 高高度、长寿命卫星：约3600 km，通信和气象。 （2）遥感数据类型 按平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。
按电磁波段分 可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥感数据等。 按传感器的工作方式分 主动遥感、被动遥感数据。 （3）遥感数据获取原理; （4）传感器 a.传感器定义：传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。 b.传感器的分类 按工作方式分为： 主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。 被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、ETM(1,2)、HRV、红外扫描仪等。 c.传感器的组成
卫星重力测量
卫星重力测量－基础、模型化方法与数据处理算法 作者简介：张传定，男，1966年04月出生，1996年09月师从于解放军信息工程大学陆仲连教授，于2000年12月获博士学位。 摘要 论文的中心内容是卫星重力测量中如何由星载传感器获得的观测数据恢复地球重力场这一过程的模型化问题。旨在吸取前人的研究成果，提出更加合理的数据处理模型。论文最突出的贡献是，改造并完善了大地重力学、空间大地测量、卫星轨道力学等学科模型化的理论与方法以适应卫星重力测量这一新型观测技术。作者的主要工作和创新点有： 1.在综合卫星重力测量有关最新研究成果的基础上，系统地论述了动态加速度测量、卫星重力梯度测量的基本原理；论证了它们的测量精度与姿态角加速度的关系以及卫星重力测量系统最终恢复地球重力场能力的判定准则；深入理解并掌握了现行SST、SGG卫星CHAMP、GRACE、GOCE各项指标及恢复地球重力场各频段的精度指标。 2.简要介绍了卫星重力测量中所涉及到的曲线坐标系下矢量、张量与曲线坐标之间的微分关系、坐标系之间的变换关系以及它们的矩阵表示。详细研究了在地球重力场确定中常用的关于研究点P和流动点Q相互关联的球极坐标系，给出了球极坐标系下地球引力位V关于P点和关于Q点的微分公式以及它们与球坐标系下局部微分算子的关系。深入研究了关于P和Q两点局部导数算子的相互作用问题，得到了扰动场元之间核函数和协方差函数的解析与级数展开式，首次给出了较为实用的明晰表达式。此结果是对物理大地测量学关于这一论题的补充和完善。这项工作是本文的一个创新点。 3.详细推导了地球、卫星、加速度传感器检验荷载这一特殊限定性三体问题的运动方程；指出星载加速度传感器的输出就是卫星所受非引力加速度和检验荷载相对于卫星中心地球引力的潮汐力之差；进而得到了由星载加速度传感器的比力测量和GPS跟踪测量数据直接恢复地球引力矢量的理论公式。 4.通过对扭秤、旋转梯度仪工作原理的考察和Molodensky关于垂线偏差推求高程异常的论述以及目前业已发现水平梯度分量的某种组合是球面正交函数系的事实，作者明确指出，在地球重力场的研究中，水平方向观测量的组合应作为复数使用。扰动场元观测量的复数表达是本文立论和各种模型化(建模)工作的思想基础，也是本文最为突出的创新点。 5.在§2.7中，直接由体球谐函数水平梯度的复表示定义并证明了描述地球引力位直到二阶水平梯度所需的球面正交函数系。它们关于纬度的函数是Legender函数及其导数的拟线性组合，可由目前熟知有关Legender函数及其导数的递推公式给予赋值。连同球谐函数构成了描述引力矢量、引力梯度张量所需的正交函数系。因而，利用它们可将引力矢量、引力梯度张量的复分量表达成一致的形式。 6.利用卫星重力测量数据恢复地球重力场，若从边值问题理论上可将其归结为平均轨道面上卫星重力测量超定边值问题。通常又将利用单个边值条件确定扰动位问题称为单定问题。在§3中，先以重力异常为例，类比依次给出直到二阶梯度球域单定连续边值问题恢复地球引力位系数的理论公式及其外部解析解和向下延拓截断核函数解；接着导出离散网格平均重力异常对应的简单调和分析公式和最小二乘调和分析公式；然后推广得到广义梯度调和分析公式和超定边值问题的最小方差解、最小二乘解。并证明了最小方差解等价于单定边值问题调和分析解的频域加权平均；最小二乘解等价于单定离散边值问题最小二乘调和分析解法方
绝密-空间大地测量学复习
第一章概论 1.大地测量学的基本体系：几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学 空间大地测量学主要研究利用自然天体或人造天体来精确测定点的位置，确定地球的形状、大小、外部重力场，以及它们随时间的变化状况的一整套理论和方法。 2. 国家平面坐标系统实现过程主要工作 （1）国家平面控制网布设 （2）建立大地基准、确定全网起算数据 （3）控制网的起始方位角的求定 （4）控制网的起始边长的测定 （5）其它工作 3.传统大地测量常规方法的局限性 （1）测站间需保持通视：采用光电仪器，必须通视；需花费大量人力物力修建觇标；边长受限制；工作难度大、效率低。 （2）无法同时精确确定点的三维坐标：平面控制网和高程控制网是分别布设的；并且增加了工作量。 （3）观测受气候条件影响：雨天、黑夜、大雾、大风、能见度低时不宜测量。 （4）难以避免某些系统误差的影响：光学仪器的测量值会因为大气密度不同而受到不同的弯曲影响，地球引力由两极到赤道减小，大气密度变化也逐渐减小。 （5）难以建立地心坐标系：海洋区域无法布设大地控制网，陆地只能区域测量，建立区域参考椭球与区域大地水准面吻合；无法建立全球参考椭球。 4. 时代对大地测量提出的新要求 （1）要求提供更精确的地心坐标：空间技术和远程武器迅猛发展，要求地心坐标； （2）要求提供全球统一的坐标：全球化的航空、航海导航要求全球统一的坐标系统 （3）要求在长距离上进行高精度的测量：如研究全球性的地质构造运动、建立和维持全球的参考框架、不同坐标系间的联测等； （4）要求提供精确的（似）大地水准面差距：GNSS等空间定位技术逐步取代传统的经典大地测量技术成为布设全球性或区域性的大地控制网的主要手段；人们对高精度的、高分辨率的大地水准面差距N或高程异常的要求越来越迫切。 （5）要求高精度的高分辨率的地球重力场模型：精密定轨和轨道预报（尤其是低轨卫星）需要高精度的高分辨率的地球重力场模型来予以支持。 （6）要求出现一种全天候，更为快捷的、精确、简便的全新的大地测量方法。 5. 空间大地测量产生的可能性 （1）空间技术的发展：按需要设计卫星，并能精确控制姿态，精确测定卫星轨道并进行预报，为卫星定位技术的产生奠定了基础。 （2）计算机技术的发展：为大量资料的极其复杂的数学处理提供了可能性。 （3）现代电子技术，尤其是超大规模集成电路技术。 （4）其他技术：多路多址技术、编码技术、解码技术等通讯技术，信号和滤波理论；大气科学的发展。 6. 空间大地测量学 利用自然天体或人造天体来精确测定测点的位置，从而精确确定地球的形状，大小，外部重力场以及它们随时间的变化状况的一整套理论和方法(或一门科学)称为空间大地测量学。7. 空间大地测量的主要任务 一类是建立和维持各种坐标框架：
GPS测量与数据处理
GPS测量与数据处理自学指导及参考习题 第一部分 内容提要：本部分主要教授全球定位系统的产生、发展及前景和GPS的应用。与GPS的产生背景有关部分，重点介绍第一代卫星导航定位系统——子午卫星系统的原理及其局限性。与GPS应用有关的部分，重点介绍GPS在军事、交通运输、及测量等领域中的应用。 习题： 1、举例说明GPS在测量领域中的应用。 答：（1）用GPS建立和维持全球性的参考框架； （2）建立各级国家平面控制网； （3）布设城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量； （4）在航空摄影测量、地籍测量、海洋测量中的应用。（《GPS测量与数据处理》，P7） 2、“Transit系统是一个连续、独立的卫星导航系统”这种说法正确吗，为什么？ 答：这种说法不正确。子午卫星系统（Transit）中没有采用频分、码分、时分等多路接收技术。接收机在某一时刻只能接收一个卫星信号，这就意味着子午卫星星座中所含的卫星数不能太多。为防止在高纬度地区的视场中同时出现两颗子午卫星从而造成信号相互干扰的可能性，子午卫星星座中的卫星一般不超过6颗，从而使中低纬度地区两次卫星通过的平均间隔达1.5h 左右。由于各卫星轨道面进动的大小和方向不一，最终造成各轨道面之间的间隔疏密不一。相邻轨道面过密时会导致两颗卫星同时进入用户视场，造成信号相互干扰，此时控制中心不得不暂时关闭一颗卫星使其停止工作。轨道面过疏时用户的等待时间有可能长达8～10h。导航定位的不连续性使子午卫星系统无法称为一种独立的导航定位系统，而只能成为一种辅助系统。（《GPS测量与数据处理》，P3） 3、名词解释：多普勒计数 答：若接收机产生一个频率为的本振信号，并与接收到的频率为的卫星信号混频，然 后将差频信号（）在时间段[，]间进行积分，则积分值，称为多普勒计数。 第二部分
重力法在海洋勘探中的应用
重力法在海洋勘探中的应用 资工11204 方世祥地球的表面的3/4被海洋覆盖，海底是世界上最大的资源宝库，大量的石油、天然气及各种矿产蕴含其中，海底资源探测对人类的生存和发展及其重要；另外，海洋空间的利用也越来越迫切，涉及到海底工程勘察，海底管线探测，浅海水深探测、浅海底电导率填图、咸水-淡水分界面探测，探测化学污染区，承压含水层盐渍或污染探测等领域，海洋地壳上覆盖着深浅不同的海水，所以地球物理方法是探测研究海底的必不可少的手段之一。除了地震方法之外，海洋重力法是一种主要的海洋地球物理方法，它适用于地震方法不易分辨而重力勘探拥有优势的区域。 要准确研究地球形状与地球内部构造，勘探海洋丰富的矿产资源，保障航天和远程武器发射等，就必须了解海洋重力场精细结构，高精度的海洋重力测量正是解决这些问题的重要手段之一。近年来，卫星技术取得了较大的进展。未来海洋重力场的精细结构，可以利用卫星测高、卫星重力梯度测量和海洋测量相结合的方法来研究。 1、什么是重力勘探? 重力勘探地球物理勘探方法之一。重力勘探是测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常﹐以确定这些地质体存在的空间位置﹑大小和形状﹐从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。 它是以牛顿万有引力定律为基础的。只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器（主要为重力仪和扭秤）找出重力异常。然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。 2、运用领域 在区域地质调查﹑矿产普查和勘探的各个阶段都可应用重力勘探﹐要根据具体的地质任务设计相应的野外工作方法。 3、应用条件 应用重力勘探的条件是﹕被探测的地质体与围岩的密度存在一定的差别﹔被探测的地质体有足够大的体积和有利的埋藏条件﹔干扰水平低。 4、重力仪 marine gravimeter 是船舰上或潜水艇内使用的重力仪。在海洋中匀速直线航行条件下，连续地进行重力测量，由于仪器安放在运动的船体上，受到垂直加速度和水平加速度以及基座倾斜的影响很大。一般情况下，干扰加速度的幅度比有意义的重力异常强几万一几十万倍。因此，重力仪弹性系统必须有足够大的阻尼，还需要把仪器安放在或陀螺稳定平台上。因为海区开阔，航线长，不能经常闭合基点，所以，要求海洋重力仪零点位移应尽可能地小，测程范围又要足够大。海洋重力仪种类很多，结构原理与陆地重力仪大体相同。整套仪器包括重力仪主体(弹性系统，恒温装置、阻尼装置、指示系统等)；模拟的或数字的记录器；控制器；常平架或陀螺稳定平台；电源几大部分。 5、重力数据的处理和解释 野外获得的重力数据要作进一步处理和解释才能解决所提出的地质任务,主要分3个阶段:野外观测数据的处理,并绘制各种重力异常图:重力异常的分解(应用平均法﹑场的变换﹑频率滤波等方法),即从叠加的异常中分出那些用来解决具体地质问题的异常:确定异常体的性质﹑形状﹑产状及其他特徵参数。 解释分为定性的和定量的两个内容,定性解释是根据重力图并与地质资料对比,初步查明重力异常性质和获得有关异常源的信息。除某些构造外,对一般地质体重力异常的解释可
卫星气象数据接收系统数据产品一览表
卫星气象数据接收系统数 据产品一览表 Lele was written in 2021
目录
卫星气象数据接收系统数据产品一览表 卫星气象数据单收站系统接收的原始数据文件主要由报文组成。安装了MICAPS 系统（气象信息综合分析处理系统）的主机会定时从数据接收机上获取这些原始的报文数据，经过数据解码、数据格式转换，形成一系列可读的、MICAPS 系统定义的数据格式文件（共计十九类数据格式），被存放在/micaps/目录下。下面列示的是目前能接收到的数据产品的内容以及MICAPS 系统定义的十九类数据格式的说明。 一、地面常规气象观测数据产品 地面常规气象数据存放在：/micaps/surface/目录下 时次：02、05、08、11、14、17、20、23 点（北京时） 范围：国内地面报、国外地面报、船舶报 文件名：（YY 为年、MM为月、DD 为日、HH 为时次、ttt 为时效） 以下子目录存放的要素为： /plot 地面全要素填图观测数据（用于地面填图的观测数据-diamond 1） /p0-p 海平面气压（台站数据-diamond 3） /p0 海平面气压（格点数据-diamond 4） /p3-p 地面3 小时变压（台站数据-diamond 3） /p3 地面3 小时变压（格点数据-diamond 4） /vv-p 地面全风速（台站数据-diamond 3）
/t0-p 地面气温（台站数据-diamond 3） /td-p 地面露点（台站数据-diamond 3） /r6-p 6 小时降水量（台站数据-diamond 3） /r24-5-p 05 点的24 小时降水（台站数据-diamond 3）/r24-8-p 08 点的24 小时降水（台站数据-diamond 3）/p24-p 08 点地面24 小时变压（台站数据-diamond 3）/t24-p 08 点地面24 小时变温（台站数据-diamond 3）/tmax-p 02 点地面最高温度（台站数据-diamond 3） /tmin-p 14 点地面最低温度（台站数据-diamond 3） /tg-p 08 点地表最低温度（台站数据-diamond 3） /special 特殊天气（台站数据-diamond 3） /r12-p 12 小时降水（台站数据-diamond 3） /r1-p 1 小时降水（台站数据-diamond 3） /r3-p 3 小时降水（台站数据-diamond 3） /uv 地面流场（格点矢量数据-diamond 11） （以下目录暂缺数据） /vv 地面全风速（格点数据-diamond 4） /t0 地面气温（格点数据-diamond 4） /td 地面露点（格点数据-diamond 4） /r6 6 小时降水量（格点数据-diamond 4） /r24-5 05 点的24 小时降水（格点数据-diamond 4）/r24-8 08 点24 小时降水（格点数据-diamond 4）
卫星测高技术及其应用
卫星测高技术及应用课程回顾 ●卫星测高技术发展及应用概述 (2) 1卫星测高任务概况 (2) 2、卫星测高任务中搭载辐射计的主要目的 (2) 3、双频雷达高度计 (2) 4、卫星测高任务中使用的主要 (2) 5、一般卫星测高任务中需要搭载哪些基本仪器设备，各主要目的是什么？ (2) 6、传统的指向星下点的雷达高度计的主要不足？可能存在哪些技术改进？ (3) 7、GNSS测高的工作方式？优缺点？ (3) 8、Ka波段测高优缺点？ (3) 9、卫星测高技术应用概况 (3) 10、基本概念 (3) ●卫星雷达高度计观测基本原理 (3) 1、卫星测高的基本原理 (3) 2、卫星测高两种基本方式的特点 (3) 3、当前测高任务主要使用哪些频段，各频段有何有点和不足？ (4) 4、高度计测风基本原理 (4) 5、有哪些主要遥感方式进行海面风速观测 (4) 6、卫星雷达高度计的观测信息包括哪些？精度如何？ (4) ●卫星高度计观测误差 (5) 2、基本概念： (5) 3、影响测高卫星轨道误差的主要因素？ (5) ●卫星测高波形理论与处理方法 (5) 1、测高回波形成原理与过程 (5) 2、布朗模型的基本假设 (5) 3、测高波形模型公式的基本意义？ (6) 4、图形的几何物理意义 (6) ●卫星测高数据处理 (6) 1、卫星测高数据有哪些基本等级？ (6) 2、地球物理产品有哪些分类和特点？ (6) 3、测高数据编辑的目的？ (6) 4、为什么进行多测高数据处理时要进行基准统一？ (6) 5、共线法的基本思想是什么？ (6) 6、交叉点平差的主要目的？ (7) 7、交叉点计算的主要步骤？ (7) ●卫星测高反演海洋重力场理论 (7) 1、斯托克斯公式：由已知的重力异常Δg计算大地水准面高N (7) 2、逆斯托克斯公式：由已知的大地水准面N计算重力异常Δg (7) 3、测高剖面计算垂线偏差 (7) 4、Molodensky公式计算高程异常：垂线偏差计算大地水准面 (7) 6、卫星测高数据计算海洋大地水准面的主要步骤？ (7) ●卫星测高技术的其它应用 (7)
第一章作业_传统、天文观测手段用于大地测量的研究
传统/天文观测手段用于大地测量的研究 摘要：随着生产力的迅猛发展、科学技术水平的不断提高，不少部门和领域对大地测 量有了更新的要求，而传统的大地测量由于不具有大范围、高精度、实时动态的特点 及其诸多的局限性，更高精度、更快捷、更简便的空间大地测量逐渐取代其而成为大 地测量的主要技术手段。 关键字：传统大地测量学；空间大地测量学；卫星重力测量；航空重力测量 1.传统大地测量的局限性 1.1 定位时要求测站间保持通视 在用传统大地测量技术进行观测时，要求观测仪器与照准目标间保持通视，而这种基本要求会引发如下一系列的问题：（1）需要花费大量的人力物力来修建觇标；（2）观测边长受到限制；（3）迁站困难。 1.2 无法同时精确测定点的三维坐标 采用传统的经典大地测量方法进行定位时，点的平面位置是以椭球面为基准面通过三角测量、导线测量、插网、插点等方法求得；而点的高程是通过水准测量的方法测量得到，由于二者观测路线迥异，受观测条件限制一般不可能同时测得平面坐标以及高程。 1.3 观测受气象条件的限制 用传统大地测量方法进行定位时，当遇大雾、大风、大雪的天气，都无法进行外业观测，不仅影响作业效率，而且会极大的影响测量精度。 1.4 难以避免某些系统误差的影响 由于地球形状并不是一个规则的球体，地球的引力场也并不均匀，采用传统的大地测量方式进行观测时，会受到诸如地球旁折光等一些因素的影响，导致测量结果中含有不可克服的系统误差，会极大的损害定位精度。 1.5 难以建立地心坐标系 仅靠传统的大地测量方法不能在海洋上布设控制网进行测量，受观测条件等限制也不能得到所有陆地表面的大地测量资料，在这种情况下得到的椭球定位一般无法使参考椭球体的中心与地球质心重合。 2.空间大地测量的产生及其可能性 2.1时代对大地测量提出的新要求 随着生产力迅猛发展、科学技术水平的不断提高，不少部门和领域对大地测量学提出了新的要求： （1）要求提供更精确的地心坐标； （2）要求提供全球统一的坐标系； （3）要求在长距离上进行高精度的测量； （4）要求提供精确的（似）大地水准面差距； （5）要求高精度、高分辨率的地球重力场模型； （6）要求出现一种全天候、更为快捷、精确、简便的全新的大地测量方法。
遥感卫星的发展现状
遥感卫星的发展现状 摘要：卫星遥感技术并不被普通人所熟知，本文阐述了现今遥感卫星在我国的应用情况，同时展望未来遥感卫星应用前景，由此引出遥感卫星商业化发展的问题，于是重点分析讨论了当前遥感卫星在商业化发展过程中所遇到的主要困难，并且针对这些困难，提出促进遥感卫星商业化尽快实现的指导理念和主要措施以及预测遥感卫星商业化的可能发展趋势。 前言 面对新的世纪、新的形势，世界各国政府都在认真思考和积极部署新的经济与社会发展战略。尽管各国在历史文化、现实国情和发展水平方面存在着种种差异，但在关注和重视科技进步上却是完全一致的。这是因为，我们面对的是一个以科技创新为主导的世纪，是以科技实力和创新能力决定兴衰的国际格局。一个在科学技术上无所作为的国家，将不可避免地在经济、社会和文化发展上受到极大制约。 卫星遥感技术集中了空间、电子、光学、计算机通信和地学等学科的最新成就，是当代高新技术的一个重要组成部分。我国卫星遥感技术的发展和应用已经走过了多年艰苦探索与攀登的道路。如今，我们欣喜的看到卫星遥感应用技术已经起步并正在走向成熟和辉煌。 近十年来全球空间对地观测技术的发展和应用已经表明，卫星遥感技术是一项应用广泛的高科技，是衡量一个国家科技发展水平的重要尺度。现在不论是西方发达国家还是亚太地区的发展中国家，都十分重视发展这项技术，寄希望于卫星遥感技术能够给国家经济建设的飞跃提供强大的推动力和可靠的战略决策依据。这种希望给卫星遥感技术的发展带来新的机遇。面对这种形势，我国卫星遥感技术如何发展，如何使卫星遥感技术真正成为实用化、产业化的技术，直接为国民经济建设当好先行，是当前业界人士关注的热门焦点。 卫星遥感技术应用 （一）、卫星遥感技术应用现状 首先，到目前为止，我国已经成功发射了十六颗返回式卫星，为资源、环境研究和国民经济建设提供了宝贵的空间图像数据，在我国国防建设中也起到了不可替代的作用。我国自行研制和发射了包括太阳和地球同步轨道在内的六颗气象卫星。气象卫星数据已在气象研究、天气形势分析和天气预报中广为使用，实现了业务化运行。一九九九年十月我国第一颗以陆地资源和环境为主要观测目标的中巴地球资源卫星发射成功，结束了我国没有较高空间分辨率传输型资源卫星的历史，已在资源调查和环境监测方面实际应用，逐步发挥效益。我国还发射了第一颗海洋卫星，为我国海洋环境和海洋资源的研究提供了及时可靠的数据。其次，除了上述发射的遥感卫星外，我国还先后建立了国家遥感中心、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站等国家级遥感应用机构。同时，国务院各部委及省市地方纷纷建立了一百六十多个省市级遥感应用机构。这些遥感应用机构广泛的开展气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划和地图测绘等遥感业务，并且与全球遥感卫星、通信卫星和定位导航卫星相配合，为国家经济建设和社会主义现代化提供多方面的信息服务。这也为迎接２１世纪空间时代和信息社会的挑战，打下了坚实的基础。 最后，非常关键，必须要重点指出的是两大系统的建立完成。一是国家级基本资源与环境遥感动态信息服务体系的完成，标志着我国第一个资源环境领域的大型空间信息系统，也是全球最大规模的一个空间信息系统的成功建立；二是国家级遥感、地理信息系统及全球定位系统的建立，使我国成为世界上少数具有国家级遥感信息服务体系的国家之一。 我国遥感监测的主要内容为如下三方面: １、对全国土地资源进行概查和详查； ２、对全国农作物的长势及其产量监测和估产； ３、对全国森林覆盖率的统计调查。 （二）、卫星遥感技术应用前景 国际上卫星遥感技术的迅猛发展，将在未来十五年把人类带入一个多层、立体、多角度、全方位和全天候对地观测的新时代。由各种高、中、低轨道相结合，大、中、小卫星相协同，高、中、低分辨率相弥补
高分一号卫星数据处理参数
北京揽宇方圆信息技术有限公司高分一号卫星数据处理参数 1、GF-1PMS 影像产品介绍 GF-1PMS 相机可以获取2米的全色黑白图像、8米多光谱彩色图像 （蓝、绿、红、近红外4个波段）以及多光谱和全色融合之后的2米真彩产品。 GF-1PMS 的数据由资源卫星应用中心分发，包括Level 1级的辐射校正影像产品和Level 2级的几何校正影像产品。GF-1PMS 处理模板： 产品级别产品处理模板 All Level 1A Level 1C All Bands Multispectral Panchromatic Pansharpen Pansharpen and Multispectral 波谱范围（源自资源卫星应用中心）： Tag Band order Wavelength (nm)Description 全色 Pan 1450–900Panchromatic 多光谱 Band 1450–520Blue 多光谱 Band 2520–590Green 多光谱 Band 3630–690Red 多光谱Band 4770–890Near infrared GF-1PMS 传感器2013年在轨绝对辐射定标系数（源自资源卫星应用中心）： 卫星载荷波段号 Gain Bias PMS1PAN 0.1886-13.127Band1 0.2082 4.6186Band2 0.1672 4.8768Band3 0.1748 4.8924Band40.1883-9.4771
北京揽宇方圆信息技术有限公司是国内的领先遥感卫星数据机构，而且是整合全球的遥感卫星数据资源，分发不同性能、技术应用上可以互补的多种卫星影像，包括光学、雷达卫星影像、历史遥感影像等各种卫星数据服
(完整版)卫星图像处理流程
卫星图像处理流程 一．图像预处理 1．降噪处理 由于传感器的因素，一些获取的遥感图像中，会出现周期性的噪声，我们必须对其进行消除或减弱方可使用。 （1）除周期性噪声和尖锐性噪声 周期性噪声一般重叠在原图像上，成为周期性的干涉图形，具有不同的幅度、频率、和相位。它形成一系列的尖峰或者亮斑，代表在某些空间频率位置最为突出。一般可以用带通或者槽形滤波的方法来消除。 消除尖峰噪声，特别是与扫描方向不平行的，一般用傅立叶变换进行滤波处理的方法比较方便。 图1 消除噪声前
图2 消除噪声后 （2）除坏线和条带 去除遥感图像中的坏线。遥感图像中通常会出现与扫描方向平行的条带，还有一些与辐射信号无关的条带噪声，一般称为坏线。一般采用傅里叶变换和低通滤波进行消除或减弱。 图3 去条纹前
图4 去条纹后 图5 去条带前
图6 去条带后 2．薄云处理 由于天气原因，对于有些遥感图形中出现的薄云可以进行减弱处理。 3．阴影处理 由于太阳高度角的原因，有些图像会出现山体阴影，可以采用比值法对其进行消除。二．几何纠正 通常我们获取的遥感影像一般都是Level2级产品，为使其定位准确，我们在使用遥感图像前，必须对其进行几何精纠正，在地形起伏较大地区，还必须对其进行正射纠正。特殊情况下还须对遥感图像进行大气纠正，此处不做阐述。 1．图像配准 为同一地区的两种数据源能在同一个地理坐标系中进行叠加显示和数学运算，必须先将其中一种数据源的地理坐标配准到另一种数据源的地理坐标上,这个过程叫做配准。（1）影像对栅格图像的配准 将一幅遥感影像配准到相同地区另一幅影像或栅格地图中，使其在空间位置能重合叠加显示。
卫星重力的发展及应用
卫星重力的发展及应用 姓名：*** 学号：09200200** 摘要:卫星重力资料在恢复地球重力场方面具有全球高覆盖率、高空间分辨率、高精度和高时间重复率等优点, 为大地测量和地球物理学科的发展开辟了新的途径。本文简要回顾了卫星重力的发展历程, 介绍了四种卫星重力探测技术的原理和发展状况, 最后对卫星重力在地球科学中的的应用情况进行了简要总结。 关键字：卫星重力；地球重力场；重力测量 1 引言 地球重力场是地球的一个基本物理场, 是地球物质分布和地球旋转运动信息的综合效并制约地球本身及其邻近空间的一切物理事件,因此,地球重力场观测是地球科学的一项基础性任务。 目前常使用的重力测量手段主要有地表观测、航空测量以及卫星重力探测等。由于地面重力测量受地形和气候影响较大、耗时多、劳动强度大、作业成本高,使重力测量的地面覆盖率和分辨率受到极大的限制。航空重力测量虽然能够克服地形条件的限制, 但却只能用于局部地区或区域性的测量, 且仍受到气候条件的影响。卫星重力是近年来发展起来的新型空间探测技术, 其发展和应用是当今国际大地测量学界继GPS之后的又一次革命性突破。卫星重力探测不受地形等自然条件的影响,为解决全球高覆盖率、高精度、高空间分辨率和高时间重复率重力测量开辟了新的有效途径,不但弥补了传统重力测量方法的不足,而且可以使地球重力场和大地水准面的测定精度提高一个数量级以上,并可测定高精度的时变重力场,很快成为了大地测量和地球物理学中新的研究热点和前沿。 卫星重力就是以卫星为载体,利用卫星本身为重力传感器或卫星所携带的重力传感器(加速度仪、精密测距系统和重力梯度仪等), 观测由地球重力场引起的卫星轨道摄动, 以这些数据资料来反演和恢复地球重力场的方法和技术。广义的卫星重力测量泛指所有基于卫星观测资料确定地球重力场的技术, 它包括了从20 世纪60 年代发展起来的地面光电卫星跟踪技术、Doppler 地面跟踪技术、人造卫星激
常见遥感卫星的基本参数大全
常见遥感卫星的基本参数大全 1. BERS-1 中巴资源卫星 CBERS-1 中巴资源卫星由中国与巴西于1999年10月14日合作发射，是我国的第一颗数字传输型资源卫星。 卫星参数： 太阳同步轨道轨道高度：778公里,倾角:98.5o 重复周期：26天，平均降交点地方时为上午10：30 相邻轨道间隔时间为 4 天扫描带宽度:185公里星上搭载了CCD传感器、IRMSS红外扫描仪、广角成像仪，由于提供了从20米-256米分辨率的11个波段不同幅宽的遥感数据，成为资源卫星系列中有特色的一员。 红外多光谱扫描仪：波段数：4波谱范围：B6：0.50 –1.10(um)B7：1.55 –1.75(um)B8：2.08 –2.35(um)B9：10.4 –12.5(um)覆盖宽度：119.50公里空间分辨率：B6 –B8：77.8米B9：156米CCD相机：波段数：5波谱范围：B1：0.45 –0.52(um)B2：0.52 – 0.59(um)B3：0.63 –0.69(um)B4：0.77 –0.89(um)B5：0.51 –0.73(um)覆盖宽度：113公里空间分辨率：19.5米(天底点)侧视能力：-32 士32 广角成像仪：波段数：2波谱范围：B10：0.63 –0.69(um)B11：0.77 –0.89(um)覆盖宽度：890公里空间分辨率：256米 CBERS- 1卫星于1999年10月14日发射成功后，截止到2001年10月14日为止，它在太空中己运行2年，围绕地球旋转10475圈，向地面发送了大量的遥感图像数据，已存档218201景0级数据产品。CBERS-1卫星的设计寿命是2年，但据航天专家测定CBERS-1卫星在轨道上运行正常。有效载荷除巴西研制的宽视场成像仪于2000年5月9日因电源系统故障失效外，其余均工作正常，而且目前星上的所有设备均工作在主份状态，备份设备还未启用，星上燃料绰绰有余。因此，虽然卫星设计寿命是2年，但航天专家设计时对各个器件都打有超期服役的余量，从CBERS-1卫星目前的运行情况来，其寿命肯定要远远大于2年。所以欢迎用户继续踊跃使用CBERS- 1的数据。2002年我国将发射CBERS-2 卫星，用户期望的中巴地球资源卫星在太空中双星运行的壮观将会实现。 2、法国SPOT卫星 法国SPOT-4卫星轨道参数： 轨道高度：832公里 轨道倾角：98.721o 圈/分101.469轨道周期： 重复周期：369圈/26天 降交点时间：上午10：30分 扫描带宽度：60 公里 两侧侧视：+/-27o 扫描带宽：950公里 波谱范围： 多光谱XI B1 0.50 –0.59um 20米分辨率B2 0.61 –0.68um B3 0.78 –0.89um SWIR 1.58 –1.75um
高分二号卫星影像数据处理技术方案
1技术路线整体技术流程图 数据查询数据获取 数据预处理 质量检查整理提交原始数据正射校正 平面控制高程数据 辐射校正辐射定标 大气校正 配准融合整体镶嵌 范围裁切
2数据获取与准备方案 2.1影像数据 本项目所用遥感影像数据为高分二号遥感卫星数据。 高分二号卫星是我国自主研制的首颗空间分辨优于1米的民用光学遥感卫星，搭载有两台高分辨率0.8米全色、3.2米多光谱相机，具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速姿态机动能力等特点，有效地提升了卫星综合观测效能，达到了国际先进水平。高分二号卫星于8月19日成功发射，8月21日首次开机成像并下传数据。这是我国目前分辨率最高的民用陆地观测卫星，星下点空间分辨率可达0.8米，标志着我国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”。主要用户为国土资源部、住房和城乡建设部、交通运输部和国家林业局等部门，同时还将为其他用户部门和有关区域提供示范应用服务。 高分二号卫星轨道和姿态控制参数 参数指标 轨道类型太阳同步回归轨道 轨道高度631km（标称值） 倾角97.9080° 降交点地方时10:30AM 侧摆能力（滚动）±35°，机动35°的时间≦180s 高分二号有效载荷技术指标 参数0.8m分辨率全色/3.2m分辨率多光谱相机 光谱范围 全色0.45～0.90μm 多光谱 0.45～0.52μm 0.52～0.59μm 0.63～0.69μm 0.77～0.89μm 空间分辨率 全色0.8m 多光谱 3.2m 幅宽45km（2台相机组合）
重访周期（侧摆时）5天覆盖周期（不侧摆）69天 高分二号样图 2.2基础数据 本项目所需要的基础数据资料如下表所示。 基础数据资料表基础数据 覆盖范围数据时间数据格式坐标系比例尺（分辨率）数字高程模 型（DEM ）北京最新栅格WGS8430米ASTERDEM 和90米SRTM DEM 数字正射影 像图DOM 北京 局部2017栅格WGS842米高程数据准备情况 本项目高程数据拟采用可覆盖全国的ASTGTM30米的高程数据。本数据已进行过认真的分析检查和修改，检查修改方法为生成等高线，对各区域的高程值以及不连续、不合理或漏洞区域进行修改，修改后的高程数据可确保正射后数据
遥感卫星影像预处理做哪些
北京揽宇方圆信息技术有限公司热线：4006019091 遥感影像数据预处理 影像融合不同传感器的数据具有不同的时间、空间和光谱分辨率以及不同的极 化方式。单一传感器获取的影像信息量有限，往往难以满足应用需要， 通过影像融合可以从不同的遥感影像中获得更多的有用信息，补充单一 传感器的不足。全色图影像一般具有较高空间分辨率，多光谱影像光谱 信息较丰富。为提高多光谱影像的空间分辨率，可以将全色影像融合进 多光谱图像，通过融合既提高多光谱影像空间分辨率，又保留其多光谱 特性。对卫星数据的全色及多光谱波段进行融合。包括选取最佳波段， 从多种分辨率融合方法中选取最佳方法进行全色波段和多光谱波段融 合，使得图像既有高的空间分辨率和纹理特性，又有丰富的光谱信息， 从而达到影像地图信息丰富、视觉效果好、质量高的目的。 影像匀色相邻的遥感图像，由于成像日期、季节、天气、环境等因素可能有差异， 不仅存在几何畸变问题，而且还存在辐射水平差异导致同名地物在相 邻图像上的色彩亮度值不一致。如不进行色调调整就把这种图像镶嵌起 来，即使几何配准的精度很高，重叠区复合得很好，但镶嵌后两边的影 像色调差异明显，接缝线十分突出，既不美观，也影响对地物影像与专 业信息的分析与识别，降低应用效果。要求镶嵌完的数据色调基本无差 异，美观。遥感影像匀色后保证影像整体色彩一致性。 影像镶嵌将不同的图像文件合在一起形成一幅完整的包含感兴趣区域的图像，通 过镶嵌处理，可以获得更大范围的地面图像。参与镶嵌的图像可以是不 同时间同一传感器获取的，也可以是不同时间不同传感器获取的图像， 但同时要求镶嵌的图像之间要有一定的重叠度。 影像去云雾影像数据常常有云雾覆盖，针对有云雾覆盖的影像，可以通过后期技术 处理去除薄云雾，达到影像最佳效果。 影像纠正依据控制点，利用相应软件模块对数据进行几何精校正，这一步骤包括 利用地面控制点（GCPs）找出实际地形，计算配准中控制点的误差，利 用DEM消除地形起伏引起的位移，然后对图像进行重采样等。形成符合 某种地图投影或图形表达要求的新影像。 即插即用无使用门槛，可与各类GIS软件系统无缝衔接 第 1 页
遥感实习2卫星数据的预处理流程
数据预处理的一般过程包括几何校正、图像镶嵌与裁剪、辐射定标与大气校正等环节。
图1 数据预处理一般流程 通常我们直接从数据提供商获取未定标的DN 图像，然后定标为辐射亮度图像，对辐射率亮度图像进行大气校正得到地表反射率图像。 一、辐射定标与大气校正 1、辐射定标Radiometric calibration ：将记录的原始DN 值转换为大气外层表面反射率（或称为辐射亮度值）。 目的：消除传感器本身的误差，确定传感器入口处的准确辐射值 方法：实验室定标、机上/星上定标、场地定标 不同的传感器，其辐射定标公式不同。L=gain*DN+Bias 在ENVI 中，定标模块：Basic Tools>Preprocessing>Calibration Utilities>模块 2、大气校正Atmospheric correction ：将辐射亮度或者表面反射率转换为地表实际反射率 目的：消除大气散射、吸收、反射引起的误差。 分类：统计型和物理型 目前遥感图像的大气校正方法按照校正后的结果可以分为2种： 1) 绝对大气校正方法：将遥感图像的DN(Digital Number)值转换为地表反射率、地表辐射率、地表温度等的方法。包括：基于辐射传输模型、基于简化辐射传输模型的黑暗像元法、基于统计学模型的反射率反演 2) 相对大气校正方法：校正后得到的图像，相同的DN 值表示相同的地物反射率，其结果不考虑地物的实际反射率。包括：基于统计的不变目标法、直方图匹配法等。 方法的选择问题，一般而言： 1) 如果是精细定量研究，那么选择基于辐射传输模型的大气校正方法。 2) 如果是做动态监测，那么可选择相对大气校正或者较简单的方法。 3) 如果参数缺少，没办法了只能选择较简单的方法了。 在ENVI 中，Basic tools>preprocessing>calibration utilities>FLAASH 二、数字图像镶嵌与裁剪 1、镶嵌 当研究区超出单幅遥感图像所覆盖的范围时，通常需要将两幅或多幅图像拼接起来形成一幅或一系列覆盖全区的较大的图像。 在进行图像的镶嵌时，需要确定一幅参考影像，参考图像将作为输出镶嵌图像的基准，决定镶嵌图像的对比度匹配、以及输出图像的像元大小和数据类型等。镶嵌得两幅或多幅图像选择相同或相近的成像时间，使得图像的色调保持一致。但接边色调相差太大时，可以利 Digital Numbers Radiance TOA Reflectance Geometric correction Step 1 Step 2 Surface Reflectance Step 3 Step 4 Analysis
卫星测高原理及应用领域
卫星测高原理及应用领域 20 世纪80 年代以来, 随着计算机技术和空间技术的高速发展, 地球科学在宏观和微观的研究上进入了一个迅速发展和深入探索的时期。在此期间, 地球科学各分支学科出现了大量新的学科生长点, 提出了许多新学科、新概念、新技术。卫星测高学就是在这种形势下随着卫星遥感遥测技术的应用而发展起来的新型边缘学科, 它利用卫星上装载的微波雷达测 高仪, 辐射计和合成孔径雷达等仪器, 实时测量卫星到海面的距离、有效波高和后向散射系数, 并通过数据处理和分析, 来研究大地测量学、地球物理学和海洋学方面的问题。 卫星测高技术的发展至今虽然只有二十多年的历史,但大量的研究结果表明, 卫星测高在研究海洋大地水准面和重力异常方面, 在研究地球物理和海洋参数方面, 都显示出了巨大的潜力。卫星测高作为一项高科技测量技术,它以人造卫星作为测量仪器的载体, 借助着空间技术、电子技术、光电技术和微波技术等高新技术的发展, 在空间大地测量领域产生了一场深刻的变革。正如国际上著名的大地测量学家莫里兹教授1993 年所指出的那样：“同GPS 一样, 卫星测高也在空间大地测量学领域掀起了一场革命。”(Moritz, 1993) 。 一卫星测高原理 卫星测高仪是一种星载的微波雷达。测高仪的发射装置通过天线以一定的脉冲重复频率向地球表面发射调制后的压缩脉冲, 经海面反射后, 由接收机接收返回的脉冲, 并测量发射脉冲的时刻与接收脉冲的时刻的时间差。根据此时间差及返回的波形, 便可以测量出卫星到海面的距离。 二卫星测高的应用领域 卫星测高数据的应用随着卫星定轨精度和测高仪观测精度的提高以及数据处理方法的改进, 其应用范围越来越大, 社会效益及经济效益越来越明显。发射测高卫星之初的目的比较单一, 就是试图从空中采用遥测的方法确定海面形状, 以期研究大洋环流和其它海洋学参数。之后,由于测高数据的精度大大提高了, 卫星测高在地球物理学领域和大地测量学领域也得 到了空前应用。比如研究海洋大地水准面、海洋范围的重力异常、洋面波高、洋面风场等等, 此外, 卫星测高还被广泛用于研究海潮振幅的分布模式、探测南极大陆周围海冰的位置及格
遥感数据预处理
遥感讲座——遥感影像预处理 据预处理是遥感应用的第一步，也是非常重要的一步。目前的技术也非常成熟，大多数的商业化软件都具备这方面的功能。预处理的大致流程在各个行业中有点差异，而且注重点也各有不同。下面是预处理中比较常见的流程。 1、数据预处理一般流程 数据预处理的过程包括几何精校正、配准、图像镶嵌与裁剪、去云及阴影处理和光谱归一化几个环节，具体流程图如图所示。 各个行业应用会有所不同，比如在精细农业方面，在大气校正方面要求会高点，因为它需要反演；在测绘方面，对几何校正的精度要求会很高。 2、数据预处理的各个流程介绍 （一）几何精校正与影像配准 引起影像几何变形一般分为两大类：系统性和非系统性。系统性一般有传感器本身引起的，有规律可循和可预测性，可以用传感器模型来校正；非系统性几何变形是不规律的，它可以是传感器平台本身的高度、姿态等不稳定，也可以是地球曲率及空气折射的变化以及地形的变化等。 在做几何校正前，先要知道几个概念： 地理编码：把图像矫正到一种统一标准的坐标系。 地理参照：借助一组控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正。 图像配准：同一区域里一幅图像（基准图像）对另一幅图像校准
影像几何精校正，一般步骤如下， （1）GCP（地面控制点）的选取 这是几何校正中最重要的一步。可以从地形图（DRG）为参考进行控制选点，也可以野外GPS测量获得，或者从校正好的影像中获取。选取得控制点有以下特征： 1、GCP在图像上有明显的、清晰的点位标志，如道路交叉点、河流交叉点等； 2、地面控制点上的地物不随时间而变化。 GCP均匀分布在整幅影像内，且要有一定的数量保证，不同纠正模型对控制点个数的需求不相同。卫星提供的辅助数据可建立严密的物理模型，该模型只需9个控制点即可；对于有理多项式模型，一般每景要求不少于30个控制点，困难地区适当增加点位；几何多项式模型将根据地形情况确定，它要求控制点个数多于上述几种模型，通常每景要求在30-50个左右，尤其对于山区应适当增加控制点。 （2）建立几何校正模型 地面点确定之后，要在图像与图像或地图上分别读出各个控制点在图像上的像元坐标（x，y）及其参考图像或地图上的坐标（X，Y），这叫需要选择一个合理的坐标变换函数式（即数据校正模型），然后用公式计算每个地面控制点的均方根误差（RMS）根据公式计算出每个控制点几何校正的精度，计算出累积的总体均方差误差，也叫残余误差，一般控制在一个像元之内，即RMS<1。 （3）图像重采样 重新定位后的像元在原图像中分布是不均匀的,即输出图像像元点在输入图像中的行列号不是或不全是正数关系。因此需要根据输出图像上的各像元在输入图像中的位置，对原始图像按一定规则重新采样，进行亮度值的插值计算，建立新的图像矩阵。常用的内插方法包括： 1、最邻近法是将最邻近的像元值赋予新像元。该方法的优点是输出图像仍然保持原来的像元值，简单，处理速度快。但这种方法最大可产生半个像元的位置偏移，可能造成输出图像中某些地物的不连贯。 2、双线性内插法是使用邻近4个点的像元值，按照其距内插点的距离赋予不同的权重，进行线性内插。该方法具有平均化的滤波效果，边缘受到平滑作用，而产生一个比较连贯的输出图像，其缺点是破坏了原来的像元值。 3、三次卷积内插法较为复杂，它使用内插点周围的16个像元值，用三次卷积函数进行内插。这种方法对边缘有所增强，并具有均衡化和清晰化的效果，当它仍然破坏了原来的像元值，且计算量大。 一般认为最邻近法有利于保持原始图像中的灰级，但对图像中的几何结构损坏较大。后两种方法虽然对像元值有所近似，但也在很大程度上保留图像原有的几何结构，如道路网、水系、地物边界等。