近日，剛剛亮相“國家’十三五’科技創新成就展”的“京師一號”小衛星（BNU-1）又取得新的研究進展，我校全球院極地遙感團隊通過應用幾何定標模型和非參數的幾何校正方法，對BNU-1衛星圖像進行地理定位，初步實現了BNU-1衛星數據兩級數據產品體系。研究評估表明，所生產的BNU-1Level1B數據產品的平均地理定位誤差從10km改進到約300m，產品圖像拼接后的海岸線與主流海岸線數據集一致，成果以“AccuracyEvaluationonGeolocationoftheChineseFirstPolarMicrosatellite(IcePathfinder)Imagery”為題在線發表于國際知名遙感學術期刊RemoteSensing。原文鏈接：https://doi.org/10.3390/rs13214278

圖1：BNU-1L1A/L1B樣本圖像全色波段拼接圖:(a)南極洲;(b)格陵蘭島。藍線表示現有的海岸線數據集

衛星影像地理定位是衛星數據定量應用的前提。地理定位誤差會引起衛星數據的不確定性，嚴重影響衛星數據在環境變化監測中的應用。除了系統誤差，衛星影像的地理定位精度還會受到衛星姿態調整、姿態測量精度、成像環境等各種復雜條件的影響。作為一顆微衛星，BNU-1的低成本和極區成像環境在一定程度上限制了姿態和位置測量設備的整體精度和穩定性。此外，由于BNU-1相機幅寬較大，其單場景圖像的成像時間較長。衛星姿態沿成像方向進行調整，姿態測量產生隨機誤差，導致單場景影像和多場景影像的隨機地理定位誤差。而極地冰雪的高反射率導致的弱紋理特征影像，使得傳統定位方法難以提取足夠的地面控制點，也是極地遙感小衛星亟需解決的技術難點。我校和中山大學聯合極地遙感團隊針對上述問題進行了較全面的分析和研究，創新性地采用圖像分割和圖像增強方法，將影像控制點數量增加了約30%至182%，有效防止極地影像由于缺少控制點造成圖像畸變，對極地遙感影像的地理定位工作具有廣泛的應用價值。

圖2：不同圖像分塊劃分策略提取的控制點數量和分布示意圖。(a)原始圖像;(b)圖像分四部分;(c)圖像分九部分。

“京師一號”小衛星是我國首顆專門面向極地遙感觀測的小衛星，由北京師范大學全球變化與地球系統科學研究院抓總設計，中國長城工業集團有限公司、深圳航天東方紅衛星有限公司聯合研制，主要用于極地氣候與環境監測。該衛星僅重16公斤，攜帶一個具有全色波段和四個多光譜波段的光學有效載荷。該星下點的地面空間分辨率約為74m，幅寬744公里，可實現緯度高達85°的極地地區的5天重訪。BNU-1衛星考慮了空間分辨率和重訪頻率之間的平衡，提供比Terra/AquaMODIS數據更精細的空間分辨率和比Landsat-8OLI和Sentinel-2MSI更頻繁的重訪的觀測，有利于極地地區環境監測。衛星自2019年9月12日發射至今運行狀態良好，圓滿完成了兩期南極和兩期北極格陵蘭觀測任務，2級數據產品向全球用戶共享。

該文章的第一作者為我校極地遙感團隊章影博士，成果為BNU-1衛星數據的定量化應用奠定了基礎。本研究得到了國家自然科學基金項目(No.41925027)，國家重點研發計劃項目(No.2019YFC1509104和No.2018YFC1406101)，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）創新團隊項目(No.311021008)的資助。