近日，刚刚亮相“国家’十三五’科技创新成就展”的“京师一号”小卫星（BNU-1）又取得新的研究进展，我校全球院极地遥感团队通过应用几何定标模型和非参数的几何校正方法，对BNU-1卫星图像进行地理定位，初步实现了BNU-1卫星数据两级数据产品体系。研究评估表明，所生产的BNU-1Level1B数据产品的平均地理定位误差从10km改进到约300m，产品图像拼接后的海岸线与主流海岸线数据集一致，成果以“AccuracyEvaluationonGeolocationoftheChineseFirstPolarMicrosatellite(IcePathfinder)Imagery”为题在线发表于国际知名遥感学术期刊RemoteSensing。原文链接：https://doi.org/10.3390/rs13214278
图1：BNU-1L1A/L1B样本图像全色波段拼接图:(a)南极洲;(b)格陵兰岛。蓝线表示现有的海岸线数据集
卫星影像地理定位是卫星数据定量应用的前提。地理定位误差会引起卫星数据的不确定性，严重影响卫星数据在环境变化监测中的应用。除了系统误差，卫星影像的地理定位精度还会受到卫星姿态调整、姿态测量精度、成像环境等各种复杂条件的影响。作为一颗微卫星，BNU-1的低成本和极区成像环境在一定程度上限制了姿态和位置测量设备的整体精度和稳定性。此外，由于BNU-1相机幅宽较大，其单场景图像的成像时间较长。卫星姿态沿成像方向进行调整，姿态测量产生随机误差，导致单场景影像和多场景影像的随机地理定位误差。而极地冰雪的高反射率导致的弱纹理特征影像，使得传统定位方法难以提取足够的地面控制点，也是极地遥感小卫星亟需解决的技术难点。我校和中山大学联合极地遥感团队针对上述问题进行了较全面的分析和研究，创新性地采用图像分割和图像增强方法，将影像控制点数量增加了约30%至182%，有效防止极地影像由于缺少控制点造成图像畸变，对极地遥感影像的地理定位工作具有广泛的应用价值。
图2：不同图像分块划分策略提取的控制点数量和分布示意图。(a)原始图像;(b)图像分四部分;(c)图像分九部分。
“京师一号”小卫星是我国首颗专门面向极地遥感观测的小卫星，由北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院抓总设计，中国长城工业集团有限公司、深圳航天东方红卫星有限公司联合研制，主要用于极地气候与环境监测。该卫星仅重16公斤，携带一个具有全色波段和四个多光谱波段的光学有效载荷。该星下点的地面空间分辨率约为74m，幅宽744公里，可实现纬度高达85°的极地地区的5天重访。BNU-1卫星考虑了空间分辨率和重访频率之间的平衡，提供比Terra/AquaMODIS数据更精细的空间分辨率和比Landsat-8OLI和Sentinel-2MSI更频繁的重访的观测，有利于极地地区环境监测。卫星自2019年9月12日发射至今运行状态良好，圆满完成了两期南极和两期北极格陵兰观测任务，2级数据产品向全球用户共享。
该文章的第一作者为我校极地遥感团队章影博士，成果为BNU-1卫星数据的定量化应用奠定了基础。本研究得到了国家自然科学基金项目(No.41925027)，国家重点研发计划项目(No.2019YFC1509104和No.2018YFC1406101)，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队项目(No.311021008)的资助。