资源三号卫星论文

资源三号卫星论文（共5篇）

资源三号卫星论文 篇1

摘要：在分析目前较为常用的多种去云方法特点后, 选取改进的同态滤波算法进行去云处理, 并与同态滤波法进行对比研究, 通过定性分析与定量评价两方面比较。结果表明:基于改进同态滤波法对资源三号融合影像去云处理产生的遥感图像失真较小, 同时很大程度地保持了空间纹理细节信息, 是一种适合于资源三号影像去云的较好方法。

关键词：资源卫星三号,去云处理,改进同态滤波,定量评价

资源三号卫星 (ZY-3) 是2012年1月9日中国发射的首颗民用高分辨率光学传输型立体卫星, 主要搭载有一台地面分辨率为2.1 m的高分辨率正视全色延时积分成像 (TDI CCD) 相机、两台地面分辨率优于3.6 m的前视、后视全色 (TDI CCD) 相机和一台地面分辨率优于6.0m的正视多光谱相机[1]。目前, ZY-3影像已为地理国情监测、矿山沉降、土地监测等领域提供了自主的数据源, 在国民经济建设中发挥了重要作用。但与此同时, 卫星在接收地面数据的过程中, 天气因素的影响使得CCD影像中的地物信息被削弱, 影响其使用。其中, 云覆盖是最常见的噪声之一, 它是造成遥感数据缺乏、无法满足特定用户需求的一个重要因素, 也使后续的图像识别、图像分类、地面信息提取等难以保证精度, 有时甚至无法使用[2]。因此, 研究如何有效去除云雾的影响, 增加遥感数据有效率, 不仅是ZY-3影像处理的重要环节, 同时对提高遥感影像数据利用率具有重要意义, 而且, 目前还未有对ZY-3影像的云处理方面研究, 因此, 本文的研究对以后ZY-3影像数据去云也起到示范作用。

1 方法选取

目前, 已有诸多学者对遥感影像的去云方法进行研究, 主要包括替换法、缨帽变换、小波变换、空间统计学消除和同态滤波法及改进型等。

(1) 替换法[3]

该方法使用同一地区通过其他传感器获得的无云影像局部替换图像上有云区域, 消除云层影响。但用来替换的影像必须与原影像具有相同或近似的成像时间, 并且影像替换之前需要完成精确的图像配准和色调调整, 以及影像接边的亮度差异、影像时效性的表达等问题都较难解决。

(2) 直方图匹配方法[4]

该方法假设去云与无云覆盖区影像具有相同的图像特征, 因此, 可以利用同一幅图像中无云覆盖区的图像特征作为参照, 使云覆盖区的图像直方图与之匹配, 达到消除云影响的目的。但实际操作过程中, 该方法假设条件并不能够满足。

(3) 缨帽变换法[5]

该方法是根据多波段影像信息结构情况而产生的一种正交线性变换方法。它产生的第4分量被认为与云有关, 因此, 舍弃该变量, 将其余分量再进行逆变换, 便达到了去云的目的。但这种算法是基于传感器特性的, 现有的缨帽变换方法仅适用于MSS、TM、ETM图像。同时, 该方法由于舍弃了第4分量, 因此引起了波段的缺失。

(4) 小波变换法[6]

该方法是将任一平方函数或能量有限信号L2 (R) 通过多分辨率分析表示成小波系数的叠加。小波变换可以将信号分解成为一系列具有不同分辨力、频率特性和方向特性的子带信号, 很容易地找到变换小波系数与原始影像内容在空间和频域两方面的对应关系, 从而为图像处理、压缩及融合提供有利条件。但是, 图像去云方法仍然没脱离空间域和频率域两方面, 对于厚云和面积较小的云层覆盖情况, 处理效果不好。

(5) 空间统计学消除[7]

空间统计学 (又称地质统计学) 是在地质分析和统计分析的基础上形成的空间相关变量分析的方法。目前, 消除方式主要应用Kriging插值法。假设在一个区域内测量点坐标为Xi, 变量观测值为Z (Xi) , i=1, 2, 3, …, n, 则, 未测点X0的估计值可用这n个样本点的线性组合来表示, 即:

式中, , λi是有关已测量点权重, 由无偏估计和最小估计方差来确定。

Kriging插值法的应用需要对云层遮挡周围的信息准确掌握, 如果云层遮挡区域面积过大, 超过像元值空间内插极限距离, 则Kriging插值法便失去意义。而且, 遮挡区域与周围信息相关性较小, 或者地表特征复杂, 则Kriging插值精度会明显下降, 都将影响图像信息的恢复效果。

(6) 同态滤波法[4,8]

该方法是把频率过滤与灰度变换结合起来的一种处理方法, 它把图像的照明反射模型作为频域处理的基础, 利用压缩亮度范围和增强对比度来改善图像。一幅图像相当于一个二维函数f (x, y) , 该函数可以简化为光源的入射量函数fi (x, y) 与地面反射率函数fr (x, y) 的乘积, 即:

云覆盖一般表现出缓慢变化的空间域趋势, 具有低频特征, 可以视为fi (x, y) 在空间上变化缓慢, 其频谱特性集中在低频波段, 而fr (x, y) 描述的景物反映图像的细节内容, 其频率处于高频区域。因此, 在频率域上削弱光源入射量函数fi (x, y) 的成分, 同时增强地面反射率函数fr (x, y) 的频谱成分, 就可以削弱云的影响。具体过程如图1所示。

由于同态滤波在去除云覆盖这种低频成份的同时, 使得图像背景的低频成份也被削弱, 降低了图像的信息量、亮度值的动态范围以及清晰度。因此有学者对同态滤波法进行改进, 取得了较为理想的效果。改进后的公式如式 (3) , 流程如图2所示。

式中:i0是光源入射量常数, 对于地表的每一点 (X, Y) 来说都是恒定的;fi (x, y) 是由薄云引起的入射量变化函数, fr (x, y) 是地面反射率函数。

(7) 改进的同态滤波方法[8]

如前所述, 先对影像进行对数变换, 即对式 (3) 取对数, 使空间域内的乘积转化为相加。

对g (x, y) 进行低通滤波, 分离出fi (x, y) , 即:

式中, i0是光源入射量常数 (近似地用整幅图像的均值来代替) , 这样, 减弱低频部分的图像可以很容易得到, 即:

为得到理想效果, 对图像进行增强处理, 即:

式中:a为增强系数, c为改正项。

改进同态滤波的方法操作性强, 效果明显, 是当前遥感图像云去除所采用的主要方法。因此, 本研究对ZY-3影像采用该方法进行去云处理。

2 试验区与数据

本研究所采用的实验数据为2012年2月获取的一景ZY-3影像数据, 覆盖区域是渤海湾东部某地区, 研究区域内地势较为平坦, 图像南部有明显的云层遮挡。其研究区域多光谱、区域放大全色、区域放大多光谱影像如图3~图5所示, 但为了更好地利用遥感影像所表达的地物信息, 提高多光谱影像分辨率, 对影像进行融合处理, 采用Gram-Schimdt光谱锐化融合方法对全色与多光谱影像进行融合, 其结果如图6所示。

3 结果与评价

根据上述式 (7) , 增强系数a经过多次调试其值取0.7, a过小不能有效减弱低频;直接采用式 (6) 往往会使无云区的细节部分过度增强, 给g (x, y) 加上一个系数a的目的就是在上述两种情况之间取得均衡。为了避免计算结果出现负值, 加上一个适当的改正项c, 最后进行指数变换。为便于对比分析, 其同态滤波法与改进同态滤波法处理后的结果如图7、图8所示。

3.1 定性分析

通常所提及的图像的定性评价就是通常意义上的主观评价, 是一种主观性较强的目测方法。通过图7、图8可以明显看到, 图7中图像虽达到了较好的去云效果, 但地物背景信息的损失很厉害, 而图8的无云区域的地物背景信息细节削弱的程度较小, 除云的效果也较好, 无云区域背景地物信息得到了相当好的恢复, 纹理更清晰。从目视的角度可以很直观、很明晰地看到本文所使用的改进算法对除去云层是较为有效的。

3.2 定量评价

通过计算图像的指标值来定量分析去云处理后图像与原始图像的变化, 其结果反映了图像的信息含量在遥感图像去云前后的变换情况。因此, 本文主要采用影像的均值、标准差、信息熵以及平均梯度法指标对处理结果进行定量评价。

(1) 均值

图像中所有像素的灰度均值。在频域中, 零频率分量相当于图像的平均灰度, 它反映了图像的平均灰度。云图像均值要大于去云后图像均值, 因此可用此指标评价去云是否有效果。其计算公式如式 (8) 所示[9]:

式中, M、N为图像的行列数。计算过程由IDL编程实现。

(2) 标准差

标准差反映了图像中每个像元的灰度值与灰度平均值的离散程度, 标准差越大说明图像中灰度值分布越分散, 影像的灰度直方图越趋于水平, 图像所含的信息量越丰富。在数理统计中, 标准差可用公式 (9) 计算[9]:

式中, k为标准差, M、N为图像的行列数, h (i, j) 为第i行、第j列对应像元的灰度值, 为图像平均灰度值。计算过程由IDL编程实现。

(3) 信息熵

信息熵是用来衡量融合影像信息量丰富程度的重要指标, 在影像的表示上为偏离影像直方图高峰值灰度区的大小, 通过对图像信息熵的比较可以对比出图像的细节表现能力, 融合影像的熵值越大其信息量也就越大。对于灰度范围{0, 1, …, N-1}的图像直方图, 其熵的定义式如公式 (10) 所示[10]:

式中, pi为第i个灰度的出现概率。计算过程由Matlab编程实现。

(4) 平均梯度

影像质量的改进用平均梯度来评价, 梯度越大, 则影像的清晰程度越高, 边缘细节也就更加清晰。其计算式如公式 (11) 所示[10]:

式中, M、N为图像的行列数, h (i, j) 为第i行、第j列对应像元的灰度值。计算过程由IDL编程实现。上述参数计算结果如表1所示。

通过表1得出:同态滤波法和改进同态滤波法的结果在均值上都有所下降, 在图像的统计意义上达到了要求;改进同态滤波法的标准差较大, 说明其影像细节表现损失较小, 处理后的图像清晰度较高;图像信息熵较原始影像都有所增加, 说明图像信息量都有所增加;平均梯度同态滤波法值较小, 说明使图像变模糊了, 而基于改进后的同态滤波的结果变大, 说明图像的清晰度改进, 纹理特征更加明显化, 图像纹理变得更清晰。

随着计算机技术的不断发展, 遥感影像处理技术不断提高, 图像的应用越来越广泛。遥感图像中云处理一直是图像预处理过程中的重点、难点之一, 但目前很多方法都存在一定的局限性。本文对同态滤波处理和改进同态滤波处理两种方法进行了对比分析, 从主观定性和客观定量两个方面来分析、评价了两种融合结果, 由上综合分析可看出:在对ZY-3卫星影像进行去云处理时, 改进同态滤波法能够取得较好的效果, 这对遥感影像解译、分类精度的提高及拓展ZY-3影像的进一步分析应用具有重要意义。

参考文献

[1]唐新明, 张过, 祝小勇, 等.资源三号测绘卫星三线阵成像几何模型构建与精度初步验证[J].测绘学报, 2012, 41 (2) :191-198.

[2]陈姚, 王金亮, 李石华.遥感图像中云层遮挡影响消除方法研究述评[J].国土资源遥感, 2006 (1) :61-65.

[3]FONSECA LEILA M G, MANJUNATH B S.Registration techniques formultisensor remotely sensed imagery[J].Photogrammetric Engineering&RemoteSensing, 1996, 62 (9) :1049-1056.

[4]范文水, 周新志.基于同态滤波的遥感薄云去除算法[J].强激光与粒子束, 2010, 22 (1) :45-49.

[5]RICHTER R A.Spatially adaptive fast atmospheric correction algorithm[J].Int J Remote Sense, 1996 (17) :1201-1214.

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[8]冯春, 马建文, 戴芹, 等.一种改进的遥感图像薄云快速去除方法[J].国土资源遥感, 2004 (62) :1-5.

[9]刘贵喜, 杨万海.基于多尺度对比塔的图像融合方法及性能评价[J].光学学报, 2001, 21 (11) :112-114.

[10]张宁玉, 吴泉源.Brovey融合与小波融合对Quick Bird图像的信息量影响[J].遥感技术与应用, 2006, 21 (1) :67-70.

资源三号卫星论文 篇2

斗转星移，攀登科技高峰;万物乾坤，璀璨航天强国。1994年至今26年的“北斗”之路，一步步航天路稳扎稳打、永不停歇，一代代航天人不懈探索、砥砺前行，终于成为“中国的北斗，世界的北斗，一流的北斗”。

从无到有，北斗之路“突破·冲刺·领航”，以中国力量创造中国奇迹。

沿着“东方红一号”开启的这条航天路，“神舟五号”“嫦娥一号”“神舟十一号”“嫦娥四号”……每个历史性节点都在突破中进步、冲刺中发展，共同见证着中国航天的飞速成长。而今北斗系统共计45颗卫星在轨运行，提供着定位、测速、授时等高精度服务，如此短时间内的高发射率、超成功率，堪称中国奇迹、世界奇迹。航天力量就是中国力量，在实现天地联网、水陆空三栖覆盖建设过程中，将北斗导航系统融入电力、交通、通信各领域，推动与区块链、大数据、物联网等“新基建”建设加快融合，从根本上保障国防安全，实现了军用、民用、商用全面覆盖。中国航天科技创新之路见证着“0”的突破，实现了从无到有、从弱到强、从落后到领航世界之巅的巨大跨步，让中国奇迹镌刻在浩瀚苍穹中、奋斗史册上。

从区域到全球，“星座网络”运维完美收官，以中国速度彰显中国风采。

宇宙浩瀚，星汉璀璨。从“悟空号”沿轨运行、“墨子号”飞向太空、“慧眼”卫星成功发射、“南仁东星”投向“注目礼”到北斗三号30颗卫星完成组网发射，提前半年迎来了“星座网络”从布控、启动、运维到收官的完美之战。北斗航天运维的大国速度令人惊叹，中国航天事业取得了重大进展，从20的北斗一号、的北斗二号到的北斗三号，横跨中国、亚太地区到覆盖世界，用中国创造服务着从区域到全球，彰显独立自主、开放兼容的中国风采。时间不会停止，探索也从未止步，预计到2035年，我国将建成以“北斗”系统为核心的导航体系，实现更加泛在融合、更加全面深入的“北斗+”应用新模式。日新月异，与时偕行，中国将在世界舞台上彰显更加不同凡响、品质卓越的动人风采。

从可能到无限可能，赓续“北斗精神”陶铸大国重器，以中国智慧焕发中国魅力。

北斗梦圆离不开广大科研工作者的呕心沥血、接续奋斗，离不开各方力量的迅速集结、有效凝聚，离不开中国智慧的付诸实践、成熟运用。以“自主创新，开放融合，万众一心，追求卓越”为核心的新时代“北斗精神”，赋予了这400余家单位、30余万名科技人员以大国使命和科研荣光，创造出无限可能。习近平总书记在给参与“东方红一号”任务的老科学家回信中说，不管条件如何变化，自力更生、艰苦奋斗的志气不能丢。“国家需要我就去做”的孙家栋院士、“不怕输在起跑线”的“神州之父”戚发轫、“发射将军”胡世祥等，正是对国家和人民的绝对忠诚、无限热忱，对科学技术的精益求精、孜孜以求，才能与中国智慧互相成就、与中国魅力相得益彰，激励着一代代大国工匠开拓进取、尽锐出战。

遥感卫星三号拨雾升空 篇3

21分钟后，西安卫星测控中心传来的数据表明，星箭成功分离，卫星准确进入预定轨道。至此，2007年我国宇航发射任务圆满完成。

長征四号丙火箭和遥感卫星三号均是以航天科技集团公司八院为主研制的。长征四号丙火箭从“长征四号乙”改进而来，是一种常温液体火箭，其三级发动机具有二次启动能力。该型号的火箭已于去年4月27日实现了首飞，本次发射是其更名之后的首飞。为了提高系统的可靠性，本次发射中，火箭外安系统采用了改进设计的安全指令接收机。为了对抗低温环境，火箭的整流罩部分和一、二级发动机舱段都穿上了厚厚的“棉衣”。同时，他们还选用了一种更耐低温的反推火箭。

遥感卫星三号主要用于科学试验、国土资源普查、农作物估产和防灾减灾等领域。该卫星由八院抓总研制，航天科技集团公司五院、中国科学院、中国电子科技集团公司等单位承担了部分设备的研制工作。

资源三号卫星论文 篇4

在国家国防科技工业局7月30日举行的资源三号卫星在轨交付仪式上, 卫星由研制单位航天科技集团正式交付主用户国家测绘地理信息局, 国土资源部、建设部、水利部、农业部、国家海洋局等用户也将充分利用该卫星数据, 服务国民经济建设。

资源三号卫星于今年1月9日在太原卫星发射中心成功发射, 经过工程技术人员近4个月的努力, 圆满完成了在轨测试工作。测试结果表明, 卫星系统功能和性能全面满足《资源三号卫星工程研制总要求》, 关键项目性能优于指标要求。卫星在轨测试期间获取的影像清晰, 三线阵、多光谱相机内方位、外方位元素精度保持稳定, 经过地面几何检校后, 定位精度达到国际先进水平。

实现多项国内第一

“资源三号是我国民用遥感卫星研制的里程碑。”中国资源卫星应用中心副主任于晋近日接受科技日报记者采访时表示, 过去我国民用遥感卫星技术水平与发达国家存在一定差距, 但随着资源三号研制成功, 实现了一步跨越。

于晋介绍, 资源三号卫星重约2650公斤, 设计寿命约5年, 具有立体测图功能、测图精度高、影像数据量大、处理速度快等特点。该工程中, 科技人员坚持自主创新, 突破了我国遥感卫星的诸多技术瓶颈, 实现了多项国内第一:第一次实现我国遥感卫星多角度、多光谱综合立体成像——卫星配置前视、正视、后视3台全色相机, 立体测绘成功率达到100%, 可同时获取优于2.1米的全色数据和优于6米的多光谱数据;第一次使我国卫星遥感图像质量达到国际先进水平——通过星地一体化设计, 卫星图像质量大幅提升, 几何定位精度达到30米;第一次实现我国超高码速率遥感数据传输——该卫星采用450兆双通道, 数据传输速度可达每秒900兆, 比以往提高了4—5倍。每天接收、处理和存储的数据可达1790GB, 实现了我国空间数据传输能力的重大技术跨越;第一次实现我国低轨遥感卫星5年设计寿命——通过采用整星三级自主控制体制等技术, 使卫星设计寿命由3年提高到5年, 大大提升了我国对地观测卫星的应用效益。

其中, 三线阵成像是资源三号最大特点之一。于晋介绍, 三线阵即3台相机以1台朝前、1台朝下、1台朝后的方式排列, 沿卫星飞行轨道对地面相应位置进行跟踪拍摄。图像处理时, 以下视镜头拍摄的图像为基准, 将前、后视图像与之合在一起, 就可以形成立体影像。“过去我国卫星都是平面成像, 在斜拍情况下, 遇到高山、深谷等容易产生较大位差。如今通过立体图, 可使精度大大提高, 把误差缩小到几米之内。”

卫星在飞行过程中, 若是稍有晃动, 拍摄的图片将有很大偏差, 这对其姿态控制精度提出了极高的要求。于晋表示, 资源三号上使用了角秒级姿态确定技术, 通过国产高精度星敏、国产高精度陀螺, 达到高姿态稳定度和高姿态确定精度。

他表示, 该卫星的前后镜头对准精度以及地面对数据的处理能力, 均达到国际一流水平。

打破对国外高清影像的依赖

“第一次看到资源三号传回的数据, 我吃了一惊, 好得超出想象!”国家测绘地理信息局副局长王春峰感慨说。

王春峰表示, 对在轨测试的结果非常满意。“以前只能高价买外国高清影像, 处处受制, 如今我们自己的产品更好, 用起来十分自豪。”资源三号集测绘与资源调查功能于一体, 以全球定位系统 (GPS) 、遥感 (RS) 、地理信息系统 (GIS) 为技术核心, 接收从太空返回地面的信息, 由分布在北京、喀什、三亚的3个地面站接收, 再经过数据信息处理中心的加工传输给应用系统。该卫星投入使用, 将为我国测绘地理信息事业发展提供高质量、高可靠的空间测绘装备, 打破中国原始测绘影像资料贫乏的制约, 从根本上改变我国广泛采购国外商用卫星影像数据进行测图工作的现状。同时在林业、水利、农业、环境、交通、灾害防治等各行业、各项事业中都将有广泛的应用。

王春峰表示, 利用该卫星数据, 首先是能够制作精度更高的1∶5万测绘产品, 同时开展1∶2.5万及更大比例尺地图的测绘和更新, 使我国地图的更新率由过去的平均5年提升为60天;其次, 我国西部西藏、新疆、四川、青海、云南、甘肃等省区, 还有200多万平方公里的国土至今没有1∶5万地图。利用资源三号可完成对西部空白区的测绘, 对于西部大开发具有重要意义;三是能对国家海岸带海岛的地理环境进行高精度、全覆盖的地理信息测绘、监测与更新, 为维护中国海洋权益起到积极作用;我国正处于城市化进程中, 城市规划、乡镇建设、交通管理等一系列工作都需要现势性强的地理信息数据、城市高分辨率正射影像、三维城市景观影像等支持。

此外, 资源三号卫星还能在三峡工程、南水北调、西气东输、青藏铁路、塔里木河流域生态治理区域等重大工程, 以及南极、北极、雅鲁藏布大峡谷、三江源考察等重大科研项目中发挥重要作用。

对公益性用途免费授权

交付仪式上, 国防科工局还发布了《资源三号卫星数据管理规则》。该局系统一司司长李国平表示, 资源三号卫星数据将对公益性用途使用实行授权免费分发。

《规则》是民用航天“抓两头、带中间”闭环管理的重要组成部分。它进一步丰富和完善了民用航天的管理规章制度, 规范了资源三号卫星的数据管理工作, 明确了数据分发部门、应用部门的职责分工, 数据分发和国际合作的管理原则。《规则》强调, 资源三号卫星数据分发由国防科工局统筹管理;委托中国资源卫星应用中心开展非测绘行业的数据分发;测绘局作为主用户, 负责卫星数据在测绘行业的分发和应用;对公益性用途使用实行免费分发;国防科工局对卫星数据国际合作进行归口管理。

为更好地满足国民经济各领域、各部门对民用航天日益蓬勃的新要求, 国防科工局近年来针对民用航天工程的组织管理采取了一系列新举措, 除加强管理责任体系建设、强化部门工作协调机制外, 还陆续颁布实施了《民用航天科研工程暂行办法》《民用航天科研工程管理实施细则》《民用航天科研工程验收实施细则》《民用航天科研工程总指挥规则》等一系列民用航天科研管理规章制度。经过几年的努力与发展, 民用航天科研工程管理能力显著提高, 民用卫星质量及应用水平大幅提升。

资源三号卫星论文 篇5

风云三号卫星是我国新一代极轨气象卫星，由航天科技集团公司八院为主研制。卫星质量2295千克，安装有可见光红外扫描辐射仪、红外分光计、微波温度计、微波成像仪等10余种有效载荷，探测性能比第一代极轨气象卫星风云一号有显著提高，可在全球范围内实施三维、全天候、多光谱、定量探测，获取地表、海洋及空间环境等参数，实现中期数值预报。

与国内已发射的卫星相比，风云三号卫星创下多个第一。如卫星装载的有效载荷第一多，可转动部件数量第一，观测功能第一多等。风云三号卫星研制的技术起点高、难度大，无论是在探测能力，还是在性能指标上，都达到了当今国际先进水平。 据有关专家介绍，风云三号卫星具有广阔的应用前景，世界气象组织已将其纳入新一代世界极轨气象卫星网。该星将在监测大范围自然灾害和生态环境，研究全球环境变化、气候变化规律和减灾防灾等方面发挥重要作用。同时，也可为航空、航海等部门提供全球气象信息。

用于发射的长征四号丙运载火箭，同样由八院研制，是在长征四号乙火箭基础上改进的三级常规液体推进剂运载火箭，采用了三级发动机二次启动工作模式。这次航天发射是长征系列运载火箭的第106次飞行，也是长征四号系列火箭连续第15次发射成功。