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2014年 第43卷 第10期    刊出日期：2014-10-20

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学术论文

宽角相机低空航测的精度分析

林宗坚 解斐斐 苏国中

2014, 43(10):  991-997.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0146

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首先从理论上对低空航测精度与相机像场角的关系进行了定量分析，得出低空航测应尽可能使用宽角相机的结论；接着指明了单镜头相机扩大像场角的局限和现有市场上的组合宽角相机因重量过大而不适用于低空轻荷载无人机的不足，阐述了作者研制的具有自检校自稳定功能的组合宽角低空轻小型相机的特点，尤其是实现组合成像静态误差和动态误差自检校的技术原理；针对大比例尺测图的实践，提出通过宽角相机大重叠航空摄影提高低空航测精度的技术建议；最后用典型工程生产数据验证了上述理论分析的正确性。

空间直角坐标与大地坐标转换的拉格朗日反演方法

过家春 赵秀侠 吴艳兰

2014, 43(10):  998-1004.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0152

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以拉格朗日反演理论为基础，导出空间直角坐标向大地坐标转换的一种新的直接解法：该方法将归化纬度的正弦函数sin μ表达为以空间直角坐标（X, Y, Z）为基础的相关变量的多项式

展开。为验证公式的精度水平和实用性，以WGS-84椭球参数代入验算，结果表明：新解法在－2×10⁶≤H≤＋10¹⁰范围内，展开至b₄项纬度反解误差不超过9.71×10^-6″，展开至b₅项的误差

不超过9.67×10^-8″，有效范围比Bowring公式广，在H≥＋10⁵的区域精度明显优于Bowring公式；与迭代算法相比，新方法在H≥－2×10⁶的区域精度与迭代算法精度相当，但计算效率明显

优于迭代算法，展开至b1/2、1/10。兼顾精度和效率，本文算法优于Bowring公式和迭代算法。₄项、b₅项的CPU执行时间分别约为迭代4次、5次的

空间坐标系变换的函数梯度描述方法

段鹏硕 刘根友 龚有亮 郝晓光 王娜子

2014, 43(10):  1005-1012.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0145

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为了将空间坐标系变换由静态的、不随时间发生变换的情况推广到动态的、随时间发生变换以及任意角度发生变换的情况，基于单位四元数构造的旋转矩阵和罗德里格矩阵的完全等价性，揭示出空间坐标系（空间直角坐标系）变换与函数梯度的数学关系，推导出由函数梯度表示的空间坐标系变换的数学公式，在理论上说明了用函数梯度描述空间坐标系变换的方法。研究表明：在数学意义上，空间坐标系变换的本质是"场"，可以用"场"的概念统一以任意角度发生旋转变换的空间坐标系变换特例。为进一步研究空间坐标系随时间发生连续变换的情况或以新的思路为运动载体定姿奠定了理论基础。

附有不等式约束的加权整体最小二乘算法

曾文宪 方兴 刘经南

2014, 43(10):  1013-1018.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0173

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针对现有附有不等式约束的整体最小二乘算法的缺陷，本文以partial EIV（errors-in-variables）模型^[1]为基础，在整体最小二乘准则下，通过将附有不

等式约束的EIV模型的求解转换为标准的附有不等式约束的最优化问题，并采用惩罚函数法等方法得到了附有不等式约束的加权整体最小二乘新算

法。新算法将现有算法的特殊权阵限制条件扩展到了一般性权矩阵，将要求系数矩阵元素全部随机的限定条件扩展到了可同时包含随机和非随机元

素的一般情况，并且新算法解决了现有算法计算量受制于约束方程数量的缺陷。实例计算表明，本文提出的算法简单、有效，具有普遍适用性。

航空矢量重力测量水平分量的带限直接地形影响

周波阳 罗志才 宁津生 钟波

2014, 43(10):  1019-1024.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0144

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基于第二类Helmert凝聚法的级数展开式，独立推导了航空矢量重力测量水平分量带限直接地形影响的计算公式。在中国西部山区选取了两条沿纬圈方向4000m航线高度上的航线，采用 的数字高程模型基于解析核计算了水平分量的直接地形影响，经低通滤波后与基于带限公式计算的地形影响进行了比较。数值计算结果表明，二者吻合较好，本文给出的带限地形影响公式可用于航空矢量重力测量水平分量的地形归算。

相对论框架下脉冲星导航的2PN观测方程研究

任红飞 魏子卿

2014, 43(10):  1025-1031.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0142

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介绍了脉冲星导航的研究进展，顾及天体的四极矩和角动量，推导了脉冲星导航的2PN观测方程，对导航观测方程中的2PN相对论效

应进行数值分析。结果表明：在脉冲星导航中，太阳系天体的四极矩和角动量导致的时间延迟在10^-13?s量级；太阳对信号传播的引力弯曲不足1?ns，

太阳系行星对信号的引力弯曲以木星为最大，量级为10^-18?s。

基于载噪比加权的GPS单频单历元定姿算法

金天 原青 郑光辉 张立杨

2014, 43(10):  1032-1038.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0159

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针对GPS定姿系统中，传统的利用高度角的加权不能有效反映遮挡情况的问题，从接收机的卫星载噪比出发，对载波相位精度进行分析，提出新的权重矩阵?，对观测模型进行加权。

加权后模型根据最小二乘得到整周模糊度和基线矢量的浮点解。加权方法能够降低弱信号卫星的载波相位观测值对姿态测量成功率的影响。通过对比实验验证了加权算法的合理性和有效

性。部分试验结果表明，相比于未加权算法，载噪比加权算法可以使单历元定姿成功率提高5个百分点；相比于高度角加权算法，载噪比加权可以使成功率提高1~2个百分点。

资源三号卫星成像在轨几何定标的探元指向角法

曹金山 袁修孝 龚健雅 段梦梦

2014, 43(10):  1039-1045.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0147

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从资源三号卫星（ZY-3）影像严格几何模型出发，通过对星敏感器坐标系下各CCD探元指向角的分析，提出一种ZY-3成像在轨几何定标的探元指向角法。经对嵩山和洛阳两个试验区

ZY-3影像的试验表明：本文方法简单易行、定标参数之间不存在相关性，在无需实验室定标参数的情况下，利用5个地面控制点对成像传感器在轨几何定标后，正视影像的对地目标定位

精度优于±2.7?m，前后视立体像对对地目标定位的平面和高程精度分别优于±4.8?m和±3.2?m；将在轨几何定标获得的各CCD探元指向角用于ZY-3影像的外推定位，正视影像的对地目标

定位精度优于±11?m，前后视立体像对对地目标定位的平面和高程精度分别优于±19?m和±4?m。 

资源三号卫星三线阵影像自检校区域网平差

刘楚斌 张永生 范大昭 雷蓉 戴海涛

2014, 43(10):  1046-1050.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0148

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利用卫星的辅助数据构建资源三号卫星影像的严格几何模型。以此为基础，考虑镜头光学畸变、像元尺寸变化和CCD旋转变化等因素的影响，构建附加参数模型；

同时构建轨道模型来描述影像的外方位元素变化特征，进行自检校光束法区域网平差。利用资源三号卫星实际数据对附加参数模型和轨道模型进行研究和优化，

并分析不同控制点分布对平差精度的影响。试验表明，选择合理的平差数学模型和控制点分布，平面精度可优于0.6?GSD，高程精度约为0.5?GSD。 

极化方位角补偿信息支持下的植被参数反演

龙江平 丁晓利 汪长城

2014, 43(10):  1051-1060.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0151

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SAR图像中散射目标的散射矩阵受极化方位角(POA)的影响会改变散射体的散射特性，散射矩阵是极化干涉SAR (PolInSAR)估计不同极化状态下复相干性的基础。本文根据极化方位角产生机制，建立了多视情况下基于极化方位角补偿的极化干涉相干性估计模型，分析了极化方位角补偿对相干性估计方法和不同散射机制下相干性估计的影响程度，研究了基于三阶段法与极化方位角补偿的植被参数反演。利用L波段SIRC全极化SAR图像为实验数据验证极化方位角补偿对极化干涉相干性估计和植被参数反演的可行性。实验结果表明，极化方位角补偿能够改变不同极化状态相干性分布规律，提高相干直线拟合精度，改善植被参数反演的可靠性和合理性。

极化干涉SAR植被高反演复数最小二乘平差法

付海强 朱建军 汪长城 解清华 赵蓉

2014, 43(10):  1061-1067.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0170

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提出一种PolInSAR植被高反演的复数最小二乘法。在考虑植被层时间去相干的条件下，将RVoG扩展为RVoG+VTD模型；之后，将模型解算问题概括为复数的实部、虚部联合平差问题，提出了该模型线性化的方法及参数解算方法；最后利用解算得到的更为准确的“纯”体去相干系数反演植被高度。采用覆盖德国Oberpfaffenhofen地区的2景E-SAR L波段数据进行试验并与经典的非线性迭代及三阶段算法进行对比分析。结果表明，本文提出的方法结果精度优于其他两种方法，运算效率方面明显优于非线性迭代算法，略低于三阶段算法。

压缩感知和万有引力模型相结合的高光谱混合像元分解

杨可明 王林伟 刘士文 刘飞 史钢强 赵思亮

2014, 43(10):  1068-1074.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0171

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高光谱影像虽然具有较高的光谱分辨率，但因其空间分辨率低而普遍存在混合像元。混合像元分解是高光谱遥感应用的重要研究内容，包括端元提

取和端元丰度反演两部分。本文以压缩感知（Compressive Sensing，CS）理论为基础，结合神经网络技术提出了一种新的端元提取模型——基于CS的

高光谱影像端元提取模型。同时，将经典的万有引力模型（Universal Gravitation Model，UGM）引入到端元丰度反演中，提出基于UGM的端元丰度反

演算法。最后，以Hyperion高光谱影像为实验数据在MATLAB中对模型和算法进行编程实现，并对其结果进行精度评定。实验结果表明，本文提出的

提取模型与反演算法无论在理论上还是在实际操作中，都具有一定的可行性，同时精度也满足要求。

基于网络Voronoi图的大规模多仓库物流配送路径优化

涂伟 李清泉 方志祥

2014, 43(10):  1075-1082.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0153

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由于存在多约束和多个优化目标，物流配送决策非常困难。针对城市多仓库物流配送问题，提出基于网络Voronoi图的空间启发式优化方法。从空间角度，将多仓库物流配送优化分解为区域分割和路径优化两个空间子问题。基于网络Voronoi覆盖进行服务区域初始划分，顾及仓库容量差异，进行区域边界修正，并创建初始解。路径优化将局部搜索范围限定在网络K近邻内，只搜索最有可能的空间邻域，迭代改进解的质量。该算法最小化路径数量和路径长度。利用深圳市的大规模多仓库物流配送问题测试算法性能。试验结果表明：本文方法能够在15 min内求解6400个客户点的大规模物流配送问题，解的质量优于ArcGIS约10.8%，计算时间约为其21.2%。

道路交叉口自动检测与基于OSG的三维自动建模方法

马小龙 李成名 赵占杰

2014, 43(10):  1083-1091.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0158

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针对三维道路场景中多条道路交叉时出现的单纯重叠问题，基于开源三维图形渲染引擎OSG(OpenSceneGraph)，提出一种三维道路交叉口的自动检测与建模方法。该方法通过分析道路矢量数据的存储特点及道路交叉口的设计规范，快速获取交叉口区域并识别其所属类型，结合计算机图形学和OSG场景渲染技术实现道路交叉口的自动建模。试验表明，该方法有效地解决了三叉型、四叉型、环岛型和分离式立体交叉口的一键式生产，无需人工干预，为未来大数据三维道路场景的快速构建奠定基础。

地图上居民地空间信息的特征度量法

刘慧敏 邓敏 樊子德 卢启栋

2014, 43(10):  1092-1098.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0154

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地图的基本功能之一是载负和传输空间信息。地图空间信息量是衡量地图上空间要素及其关系与要素空间分布状况复杂程度的定量描述指标，可为制图综合和质量评价提供依据。本文以地图上居民地空间信息度量为研究对象，从地图空间信息的本质特征出发，结合空间信息认知的层次性特点，将居民地空间特征划分为三个层次，并相应地将其空间信息构成划分为：元素层次居民地面要素的几何形态信息、邻域层次相邻居民地的空间关系信息、整体层次居民地的聚群结构信息。进而，分别建立三个层次空间特征的定量描述指标，在此基础上建立基于空间特征的几何形态信息、分布关系信息和聚群结构信息度量方法。最后，通过试验分析验证了所提方法的合理性和优越性。

博士论文摘要

GNSS非差非组合精密单点定位的理论方法与应用研究

张宝成

2014, 43(10):  1099-1099.  doi:10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0155

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由美国GPS，俄罗斯Glonass，欧盟Galileo和中国“北斗”联合组成的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)现已广泛地服务于地球和空间科学领域。最优地融合各类GNSS的观测数据，以快速、准确地估计位置、速度、时间、大气等参数是当前和未来阶段的研究热点。为实现此目的，本文对精密单点定位（Precise Point Positioning, PPP）技术实施了一系列的改进，完善了其模型算法，弥补了其技术缺陷，拓展了其应用范围。本文的研究主线安排如下：完善标准PPP的模型和算法。自被提出至今，PPP技术较多地采用“消电离层组合”的非差伪距和相位作为基本观测量。在观测域消除电离层将放大多路径效应，且不便于约束电离层延迟的时空变化。为此，本文提出基于GNSS原始观测值的“非组合”PPP概念，以克服上述不足。其中，电离层延迟被作为一类待估参数，其短期变化被合理地模型化为随机游走过程。同时，顾及了卫星姿态异常对改正两类系统误差（即相位绕转和卫星相位中心偏差）的影响。与标准PPP相比，非组合PPP的收敛时间较短（特别是高采样率观测数据），参数解可靠性更高。特别地，非组合PPP能提供准确的电离层信息，可作为利用GNSS研究电离层的一种新手段。丰富参考网的数据处理理论。与实时动态相对定位（RTK）相比，标准和非组合PPP存在一个共同的缺陷：无法实现整周模糊度固定，导致收敛时间过长。其根本原因在于，PPP的模糊度参数中吸收了卫星相位偏差，因此不再具备整周特性。为此，先后有研究提出利用全球或区域GNSS参考网估计卫星相位偏差，以用作PPP的额外改正信息。本文将现有参考网数据处理方法归纳为3类，推导了它们的模型等价性，并概括了它们的实施差异。特别地，本文详细地分析了3类方法的典型不足，如侧重于处理双频观测值，无法有效地提供电离层改正等，由此掣肘了它们在未来多频、多模观测条件下的适用性，同时也难以实现单频PPP模糊度固定。本文提出一种直接处理非差、非组合GNSS观测值的参考网函数模型，即非组合模型。为确保参数的可估性，采用S基理论识别了设计矩阵的列秩亏，以便于将部分参数定义为S基准，同时确保：1. 可估的（接收机和卫星）伪距和相位偏差仍均具备时不变特性；2. 可估的模糊度仍保留整周特性，互相独立且数量最多。在滤波实施中，当相邻历元所定义的S基准发生改变时，为确保滤波连续，还需要采用S转换对上一历元的滤波值实施等价变换。非组合模型具备处理不同范围（全球、广域和局域）参考网数据的能力。针对某类参考网，还可以灵活地处理单频、双频和多频数据。基于某局域网的双频GPS数据，本文利用非组合模型估计了卫星钟差、卫星相位偏差和电离层延迟，并重点考察了卫星相位偏差的稳定性和电离层延迟的内插效果。进而，分别验证了单频和双频PPP模糊度固定的效率和静、动态定位精度。此外，采用非组合模型分析若干零/短基线的双频GPS数据，估计了两台接收机的相对仪器偏差，并发现了其中较为显著的短期变化趋势，进而否定了有关接收机仪器偏差在1-3天内不随时间变化的一般性认知。概括而言，本文对PPP算法的研究紧扣未来多频、多模的应用需求，并确保能提供高精度的单频服务。从改善单测站PPP性能的角度出发，引申出一种更为实用的参考网数据处理模型，最终促进了单测站PPP模型算法的完善和应用范围的扩展。

学术论文

Adjustment Model and Colored Noise Reduction of Continuous Observation System

薛树强,杨元喜

2014, 43(10):  360-365. 

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 The affection caused by the colored noises should be taken into account to the adjustment model. As useful signals, these colored noises should be accurately identified and extracted by Fourier analysis. A continuous adjustment model is introduced with respect to the colored noises, and then it can be generalized from the finite space to the infinite space so called as Hilbert space. This extension is to provide a new technique to perform the continuous observational system design, Fourier analysis as well as the parameter estimation. It shows that the Gramer’s determinant provides maximization criteria in the system optimization design as well as a rule in diagnosing the adjustment model. Related with the definition of the integral, the least squares solution of the continuous adjustment model becomes the limit of the traditional least squares solution in finite space. Moreover, the influence caused by the colored noises is systematic, but it can be eliminated or compensated by optimally designing the observational system.