(完整版)空间信息获取中的几个问题
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空间数据采集与处理的常见问题解答
空间数据采集与处理的常见问题解答近年来，随着技术的不断进步，空间数据采集和处理成为了地理信息系统（GIS）领域中的一个重要环节。
然而，在实际操作中，人们常常会遇到一些问题，特别是对初学者来说，这些问题可能会令他们感到困惑。
本文将解答一些关于空间数据采集和处理的常见问题，希望能给读者提供一些帮助。
1. 什么是空间数据采集？空间数据采集是指获取地球表面上的各种地理数据，并将其转化为数字形式的过程。
通过使用卫星遥感、GPS定位等技术手段，可以采集到各种地理特征、地形高程、气候气象等数据。
2. 空间数据采集有哪些常用的方法？常用的空间数据采集方法包括卫星遥感、GPS定位、地面调查等。
卫星遥感通过卫星拍摄地球表面的图像，并将其转化为数字数据。
GPS定位使用全球定位系统接收器获取位置信息。
地面调查则是人工到现场进行实地测量和记录。
3. 空间数据处理有哪些主要的步骤？空间数据处理包括数据清理、数据分析和数据可视化三个主要步骤。
数据清理是指对采集到的数据进行筛选、去噪和纠正等操作，确保数据的准确性和完整性。
数据分析是对清理后的数据进行统计分析、空间分析等，提取有用的信息和规律。
数据可视化是通过图表、地图等方式将数据呈现出来，使其更加易于理解和应用。
4. 空间数据处理中常用的软件有哪些？在空间数据处理中，常用的软件包括ArcGIS、QGIS、ENVI等。
ArcGIS是一个完整的GIS平台，提供了强大的数据处理和分析功能。
QGIS是一个免费开源的GIS软件，功能齐全，易于学习和使用。
ENVI是一款专门用于遥感图像处理和分析的软件，适用于对卫星遥感数据进行处理。
5. 如何选择适合的空间数据处理软件？选择适合的空间数据处理软件需要考虑多个因素，包括功能需求、预算、学习曲线等。
如果需要进行较为复杂的数据处理和分析，ArcGIS可能是一个不错的选择。
如果预算有限或对软件使用不是很熟悉，可以考虑使用QGIS，它有强大的社区支持和丰富的插件资源。
第三章 空间数据的获取与处理
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７空 间 数 据 的 获 取 与 处 理1/672009-4-12第三章 空间数据的获取与处理本章内容提要 本章内容提要 空间数据获取与处理是地理信息系统建设首先要 进行的任务，可通过数据转换、遥感数据处理以及数 字测量等方式完成，其中已有地图的数字化录入，是 目前被广泛采用的手段。
在GIS中，录入的内容包括 空间信息和非空间信息。
空间信息的录入主要有两种 方式，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化，本章具体介 绍这两种方式，以及相关的算法。
同时介绍了数据质 量的基本内容及拓扑建立的过程中。
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７空 间 数 据 的 获 取 与 处 理2/67目 录2 空间数据 2 空间数据 的编码 的编码 1 GIS的 1 GIS的 数据源 数据源 3 空间数 3 空间数 据的获取 据的获取空间数据的 空间数据的 获取与处理 获取与处理4 空间数据录 4 空间数据录 入后的处理 入后的处理6 作业 6 作业 与思考 与思考5 GIS的 5 GIS的 数据质量 数据质量2009-4-12１ ２ ３ ４ ５ ６ ７空 间 数 据 的 获 取 与 处 理3/672009-4-12第一节 GIS的数据来源1 地图数据由于传统纸地图效率、速度和精度很低，因此， 很难适应现代和未来的科技发展。
而通过GIS工 具，可以把纸质地图经过一系列处理而转换成可 以在屏幕上显示的电子地图，满足人们使用地图 的新的要求。
当纸地图经过计算机图形图像系统光——电转换 量化为点阵数字图像，经图像处理和曲线矢量 化，或者直接进行手扶跟踪数字化后，生成可以 为地理信息系统显示、修改、标注、漫游、计算、 管理和打印的矢量地图数据文件，这种与纸地图 相对应的计算机数据文件称为矢量化电子地图。
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７空 间 数 据 的 获 取 与 处 理4/671 地图数据矢量电子地图与纸地图相比有如下优点： 计算距离和标注地名符号快速准确； 可对地图局部放大、全图缩小和移动显示、漫游功 能很强； 分层显示地图。
空间数据库发展现状及不足
国内外空间数据库技术发展现状、存在问题及发展趋势学生姓名：孙昱昌指导老师：毕硕本班级：14地信2班学号：20141389043学院：地理与遥感学院时间：2016.4.25目录国内外空间数据库技术发展现状、存在问题及发展趋势 (1)目录 (2)一．空间数据库概述 (3)1.1 空间数据库的定义 (3)1.2 空间数据库的特点 (4)1.3 空间数据库的研究内容 (5)二．空间数据库技术发展现状 (5)2.1 空间数据库检索技术发展现状 (5)2.2 空间数据库管理存储技术发展现状 (6)2.3 空间数据库应用现状 (7)三．空间数据库存在的问题 (7)3.1数据共享问题 (7)3.2数据“瓶颈”问题 (8)3.3数据安全问题 (9)四．空间数据库技术的发展趋势 (9)参考文献 (9)一．空间数据库概述GIS中的数据大多数都是地理数据，它与通常意义上的数据相比，具有自己的特点：地理数据类型多样，各类型实体之间关系复杂，数据量很大，而且每个线状或面状地物的字节长度都不是等长的等。
地理数据的这些特点决定了利用目前流行的数据库系统直接管理地理空间数据，存在着明显的不足，GIS必须发展自己的数据库——空间数据库。
1.1 空间数据库的定义空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
空间数据库是某一区域内关于一定地理要素特征的数据合集，是地理信息系统在计算机物理存储介质存储的与应用相关的地理空间数据总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织存储在介质之上的。
换句话说，空间数据库是地理信息系统中用于存储和管理空间数据的场所。
空间数据库系统在整个地理信息系统中占有极其重要的地位，是地理信息系统发挥功能和作用的关键，主要表现在：用户在决策过程中，通过访问空间数据库获得空间数据，在决策过程完成后再将决策结果存储到空间数据库中。
如何进行数据处理中的空间数据分析(三)
数据处理中的空间数据分析已经成为当今信息时代的重要组成部分。
通过对空间数据进行分析，我们可以提取出有价值的信息，发现潜在的关联性和趋势，帮助我们做出科学决策和有效管理。
本文将探讨如何进行数据处理中的空间数据分析。
一、空间数据的特点空间数据具有显著的地理位置特征，是多维度、多属性、多时空尺度的信息。
与传统的非空间数据相比，空间数据具有以下三个特点：1. 位置相关性：空间数据的观测结果与地理位置相关，地点的不同可能导致不同的数据分布和趋势。
2. 空间依赖性：相距较近的地理实体（点、线、面）之间存在一定的相关关系，即空间依赖性。
3. 尺度效应：空间数据的特征与所选择的观测尺度相关，即空间分析的结果可能因取样单位不同而不同。
二、空间数据分析的方法在进行数据处理中的空间数据分析时，可以采用以下几种常用的方法：1. 空间插值：根据已知数据点的观测值，推测未知位置上的数值。
常用的插值方法有最近邻法、反距离加权法和克里金法。
2. 空间聚类：通过将相似的数据点进行分类，发现空间中的聚集和分散现象。
例如，可以通过K-means算法对地理实体进行分组，用于发现人口密度高、资源分布稀疏的区域。
3. 空间相关性分析：用于探究地理实体之间的相互关联程度。
可以通过计算空间自相关指数来评估空间数据的空间自相关性，或者利用格林斯特七县定律来分析城市与农村之间的空间关系。
4. 空间回归分析：通过建立空间回归模型，研究自变量对空间因变量的影响。
例如，可以通过构建地理加权回归模型来分析土地价格与交通和社会经济因素的关系。
三、应用案例空间数据分析在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个典型案例：1. 地理信息系统（GIS）应用：通过将各种地理空间数据进行整合和分析，为城市规划、环境保护、交通规划等提供科学支持。
2. 商业定位分析：通过空间数据分析，确定零售店铺的最佳位置，以便迎合潜在客户的需求，提高销售额。
3. 疾病传播研究：通过对疫情数据进行时空分析，帮助研究人员识别疾病的传播模式和风险区域，从而制定有效的疫情防控策略。
QQ空间获取信息接口
QQ空间获取信息接口论坛好几天没人发帖子了，前几天忙考试了，后来终于挂了，淡定，要淡定。
可能有的朋友们早就在空间抓到了这些接口，不会的一定要自己抓包啊，IE9版本以前的可以用httpwatch，IE9自带抓包软件（快捷键F12）本论坛已经发布了登陆空间源代码，其中含有g_tk的计算，关于登陆的不用多说。
在VB中首先登陆一个QQ，计算得到g_tk，然后用GET方式请求下面的URL即可,最好用inet1.openurl()方法打开，注意返回信息，我先列举了5个。
1、获取空间信息接口/cgi-bin/user/cgi_userinfo_get_all?uin=【对方QQ】&vuin=【登陆的QQ】&rd=0.3724780201512549&g_tk=【g_tk值】返回格式：_Callback({"uin":958796636,"nickname":"＊星光＊","spacename":"星光的空间","desc":"祝福你每天都开开心心，快快乐乐！----------20110101","signature":"javascript:n=String.fromCharCode(73,32, 76,111,118,101,32,89,111,117);alert(n)","avatar":"/958796636/10/00/","sex_type":0,"sex":1,"animalsign_t ype":0,"constellation_type":0,"constellation":1,"age_type":0,"age" :20,"islunar":0,"birthday_type":0,"birthyear":1991,"birthday":"0-01","bloodtype":5,"address_type":0,"country":"中国","province":"吉林","city":"长春","home_type":0,"hco":"中国","hp":"吉林","hc":"长春","marriage":1,"career":"在校学生","company":"星光公司","cco":"中国","cp":"吉林","cc":"长春","cb":"","mailname":"","mailcellphone":"","mailaddr":""});获取个人信息卡片：/cgi-bin/user/cgi_personal_card?uin=【对方QQ】&remark=0&g_tk=【g_tk值】返回格式：_Callback({"uin":958796636,"pycertified":0,"qzone":1,"nickna me":"＊星光＊","gender":1"astro":1,"from":"长春","offsetBirth":330,"isFriend":1,"avatarUrl":"http://qlogo1.store.q /qzone/958796636/958796636/100","specialrelation":3,"bl og":{"title":"最全的电影大全，以后看电影就按这个名单了!","content":"不知道哪个NB人士总结的，以后看电影就按这个名单了，省时省力又有所得。
空间数据库技术应用电子教材-空间数据质量问题来源分析
空间数据质量问题来源分析1.空间数据质量数据是GIS 建库的基础资料，是GIS 中最基本和最重要的组成部分。
质量是产品的生命线，数据质量直接关系到GIS 系统的应用，从根本上影响着系统应用的质量、水平以及广度和深度。
地理信息数据库的建设者和用户越来越认识到数据质量控制的重要性。
空间数据质量包含以下五个方面。
（1）位置精度：指空间数据库中的空间实体位置信息相对与现实世界中的真实空间位置的接近程度，用以描述几何数据的质量。
空间实体的位置通常以三维或二维坐标来表示，而位置精度则是表示实体的坐标数据与真实位置的接近程度，因而常以坐标数据的精度来表示。
位置精度包括数学基础精度、平面精度、高程精度、像元定位精度、接边精度、形状再现精度等。
（2）属性精度：指空间数据库中的信息相对于真实空间属性的正确表达程度，用以反映属性数据的质量。
属性精度是空间实体的属性值与其现实世界真实值的相符程度。
通常取决于数据的类型，常与位置精度有关。
属性精度包括要素分类正确性、要素代码正确性、要素名称正确性及要素属性值正确性等。
（3）逻辑一致性：逻辑一致性是指数据元素之间要维护良好的逻辑关系，也指数据之间的关系可靠性。
包括拓扑、空间属性以及专题属性的一致性。
例如，在土地利用规划数据库中，对于所有点、线、图斑地块，数据库必须能够完整地表达出各种必要的数据关联，包括拓扑关联与属性关联。
（4）完整性：指空间数据集是否完整表达了期望表达的实体。
例如，土地利用规划数据库中用编码完整地表达出每个地块以及线状地物的用地类型、行政权属、所有制形式（即集体或国有）等质量的关系，具备了准确测算其面积的全部信息数据。
完整性包括如数据分类的完整性、实体类型的完整性、属性数据的完整性、注记的完整性等。
（5）时间精度：指空间数据库中的事件时间与现实世界中真实事件时间的差异程度。
主要指的是数据的现势性，一般体现在数据的采集时间、数据的更新时间及更新频率等方面。
2.空间数据质量问题的来源从空间数据的形式表达到空间数据的生成，从空间数据的获取、处理到空间数据库的建立、应用，在数据生产的整个流程中都有数据质量问题的发生。
空间信息的概念
空间信息的概念空间信息是指描述和表达空间的内容和结构的信息。
它通常包括三个方面：空间位置信息、空间关系信息和空间属性信息。
空间位置信息是指物体或现象在空间中的位置。
常用的表示方式有坐标系统、地理坐标和参照物等。
坐标系统是一种用数学方式来定义位置的系统，比如直角坐标系、极坐标系等。
地理坐标是基于地球表面参照物来定义位置的，主要以经度和纬度来表示。
参照物是指空间位置描述的基准，比如北极、赤道等。
通过这些方式，可以准确地表示物体或现象在空间中的位置。
空间关系信息是指物体或现象在空间中的联系和相对位置。
常见的空间关系有包含关系、相邻关系、遮挡关系等。
包含关系指的是一个物体完全包含另一个物体，比如一个城市包含了许多社区和街道。
相邻关系指的是两个物体旁边或相接触，比如两个房间之间的墙壁。
遮挡关系指的是一个物体挡住了另一个物体，比如一棵树挡住了太阳。
空间属性信息是指物体或现象在空间中的特点和属性。
常见的空间属性有大小、形状、颜色、纹理等。
大小指的是物体在空间中的尺寸大小，可以用长度、面积、体积等单位来表示。
形状指的是物体在空间中的外部轮廓，可以是圆形、方形、三角形等不同形状。
颜色指的是物体在空间中呈现出的视觉色彩，可以是红色、蓝色、绿色等各种颜色。
纹理指的是物体表面的质地或纹理特点，可以是光滑、粗糙、凹凸等。
空间信息的应用非常广泛。
在地理信息系统（GIS）中，空间信息被用于分析和管理地理数据，进行地图制作、资源管理、城市规划等工作。
在建筑设计中，空间信息被用于规划和设计建筑物的布局和空间组织。
在交通运输领域，空间信息被用于路网规划、交通流量分析和导航系统等。
在环境保护领域，空间信息被用于自然资源分析、生态环境监测等。
在军事领域，空间信息被用于军事情报分析和战场布置等。
同时，随着科技的发展和信息技术的进步，空间信息的获取和处理也变得更加便利和精确。
卫星遥感技术、无人机技术和全球定位系统等新技术的应用，使得我们能够更加准确地获取和分析空间信息。
地理信息系统原理与应用4 空间数据获取和处理1.4 第四章 数据的处理和集成
噪声：是指不属于地图内容的斑点污渍和其他模糊不清 的东西形成的像元灰度值。
第四章 空间数据的获取与处理
4.1 空间数据的获取 4.1.2 空间数据的采集
1.图形数据的采集 2.属性数据的采集
对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键 入或文件、表格、数据库导入。 对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性 数据，则必须进行编码输入。
人口普查 社会经济调查 各种统计资料
统计图表
文件 统计数据 实验数据
电子数据 地全球站物仪遥理、感、G数地P据S球数化据学已建G各IS种数数据据库
野外调查的原始记录等
4.1.1 数据源的种类
确定应用哪些类型的数据是由系统的功能确定。
土地的适宜性和承载力的信息系统： 地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。
第四章 空间数据的 获取与处理
复习：
地理信息系统 GIS的组成
GIS是由计算机硬件、软件和不 同方法组成的系统，该系统设计 支持空间数据的采集、管理、处 理、分析、建模和显示，以便解 决复杂的规划和管理问题。
系统管理操作人员
系系 空间 统 统 数据 硬 软
件件
复习：
空间数据特征
空间位置 属性特征 时态特征
<1 m ： 1 1 ~ 2 m： 2 2 ~ 5 m： 3 5 ~ 20 m： 4 20 ~ 50 m：5 >50m： 6
5 ~ 10 m ： 1 10 ~ 20 m： 2 20 ~ 30 m： 3 30 ~ 60 m： 4 60 ~ 120 m： 5 120 ~300 m：6 300 ~500 m：7 >500m： 8
登记部分 分类部分 控制部分
第四章 空间数据的获取与处理
第四章 空间数据的获取与处理
4.1 空间数据的获取 4.1.2 空间数据的采集
1.图形数据的采集 2.属性数据的采集
对于要输入属性库的属性数据，通过键盘直接键 入或文件、表格、数据库导入。 对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性 数据，则必须进行编码输入。
人口普查 社会经济调查 各种统计资料
统计图表
文件 统计数据 实验数据
电子数据 地全球站物仪遥理、感、G数地P据S球数化据学已建G各IS种数数据据库
野外调查的原始记录等
4.1.1 数据源的种类
确定应用哪些类型的数据是由系统的功能确定。
土地的适宜性和承载力的信息系统： 地形、土壤类型、降雨、地下水位、运输条件等。
第四章 空间数据的 获取与处理
复习：
地理信息系统 GIS的组成
GIS是由计算机硬件、软件和不 同方法组成的系统，该系统设计 支持空间数据的采集、管理、处 理、分析、建模和显示，以便解 决复杂的规划和管理问题。
系统管理操作人员
系系 空间 统 统 数据 硬 软
件件
复习：
空间数据特征
空间位置 属性特征 时态特征
<1 m ： 1 1 ~ 2 m： 2 2 ~ 5 m： 3 5 ~ 20 m： 4 20 ~ 50 m：5 >50m： 6
5 ~ 10 m ： 1 10 ~ 20 m： 2 20 ~ 30 m： 3 30 ~ 60 m： 4 60 ~ 120 m： 5 120 ~300 m：6 300 ~500 m：7 >500m： 8
登记部分 分类部分 控制部分
第四章 空间数据的获取与处理
第四讲 空间数据获取
2）图像裁剪 ） 把一幅图像裁成两两相邻的规则图块的过程称为地图裁 剪。图像裁剪非常简单，实际应用中，可以根据不同的 硬件配置确定采用和不采用图像裁剪技术。
1．4．3 图像细化预处理二值图像平滑 ． ．
在将地图扫描或摄像输 入时，由于线不光滑以 及扫描、摄像系统分辨 率的限制，使得一些曲 线目标带来多余的小分 支（即毛刺噪声）；此 外，还有孔洞和凹陷噪 声，如图3-4所示。如 果不在细化前去除这几 种噪声，就会造成细化 误差和失真，这样会最 终影响地图跟踪和矢量 化。 图 3-4
5）矢量线提取 ） 将每个点链转化成为一条矢量线。每条线由一系列点组 成，点的数目取决于线的弯曲程度和要求的精度。 除了上述五个步骤以外，还需要一些处理以方便图像矢 量化过程，如图像拼接和剪裁等等，下面对这些操作以 及相关算法进行描述。
1．4．2 图像拼接 裁剪 ． ． 图像拼接/裁剪
1）图像拼接 ） 以两相邻地图图像的部分重叠区为基础，把它们合成为 一幅整图的过程叫做图像拼接，分上下拼接和左右拼接。 以左右拼接为例，取左图右边缘一个矩形区域A，取右图 左边缘一个矩形区域B，如果A和B有一定的重叠区，可以 利用计算机实现自动的匹配，其拼接算法如下：
1．地图数字化 ．
1.1 概述 电子地图与传统的纸制地图比较，有很多优点： 电子地图与传统的纸制地图比较，有很多优点： 计算距离和标注地名符号快速准确； 计算距离和标注地名符号快速准确； 可对地图局部放大、全图缩小和移动显示、 可对地图局部放大、全图缩小和移动显示、漫游功能 很强； 很强； 分层显示地图（ 分层显示地图（当对地图上各种信息分不同层归类存 放后，则可以显示某些层，关闭不显示的层）； 放后，则可以显示某些层，关闭不显示的层）； 可以以图元为单位进行信息编缉修改， 可以以图元为单位进行信息编缉修改，人机交互画线 标注符号文字，删除地图上多余的信息； 标注符号文字，删除地图上多余的信息； 。。。。。。。。。。。。。
空间数据的获取
（2）等面积投影（Equal Area Projection）
经纬线间距随着远离赤道逐渐减小，但保持等面积性质。由于点密 度不受影响，因此，对于大面积上的点分布的表达适合于应用等面积投 影。等面积投影中常见的是Alber投影。
（3）等距离投影（Equidistant Projection） 投影后，特征间角度关系和面积关系发生变化，但沿某个方向上
三、 地图的发展
数字地图是模拟地图的数字化，一般是指静态地图。 随着信息技术的发展数字地图的概念在不断发展。 1、动态地图 动态地图用来动态地显示地图数据，可以从不同角度、用
不同方法（如不同颜色、符号等）表达地理空间数据；同时 可以表示地学现象随时间演变的过程等等。
10
第10页，共73页。
2、交互交融地图
Behavior
Rules
Streets and highways may not intersect
3
2、GIS 数据源类型
l 地图数据 l 遥感数据
l 地形数据
l 测量数据 l 野外采集数据 l 调查统计数据
l 法律文档数据 l 已有系统数据等等
4
第4页，共73页。
3.2 地图简介和地图参照系
20
第20页，共73页。
地图投影的实质是建立球面和平面之间的函数关系，使球 面上的点对应到平面上或可展示的平面上，其转换的数学函 数是：
X = f1 (，）
Y = f2 (，）
其中（X，Y）是平面直角坐标； (，） 是地球表面的地理坐标。
21
第21页，共73页。
正解变换和反解变换
一般地，我们把由地理坐标求出地图平面直角坐标 的形式称为正算式，称正解变换，也称直接变换法
经纬线间距随着远离赤道逐渐减小，但保持等面积性质。由于点密 度不受影响，因此，对于大面积上的点分布的表达适合于应用等面积投 影。等面积投影中常见的是Alber投影。
（3）等距离投影（Equidistant Projection） 投影后，特征间角度关系和面积关系发生变化，但沿某个方向上
三、 地图的发展
数字地图是模拟地图的数字化，一般是指静态地图。 随着信息技术的发展数字地图的概念在不断发展。 1、动态地图 动态地图用来动态地显示地图数据，可以从不同角度、用
不同方法（如不同颜色、符号等）表达地理空间数据；同时 可以表示地学现象随时间演变的过程等等。
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2、交互交融地图
Behavior
Rules
Streets and highways may not intersect
3
2、GIS 数据源类型
l 地图数据 l 遥感数据
l 地形数据
l 测量数据 l 野外采集数据 l 调查统计数据
l 法律文档数据 l 已有系统数据等等
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第4页，共73页。
3.2 地图简介和地图参照系
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第20页，共73页。
地图投影的实质是建立球面和平面之间的函数关系，使球 面上的点对应到平面上或可展示的平面上，其转换的数学函 数是：
X = f1 (，）
Y = f2 (，）
其中（X，Y）是平面直角坐标； (，） 是地球表面的地理坐标。
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第21页，共73页。
正解变换和反解变换
一般地，我们把由地理坐标求出地图平面直角坐标 的形式称为正算式，称正解变换，也称直接变换法
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研究生学术年会
1、空间信息获取概述
信息获取的方法有：
电磁波：全天时全天候、远距离
（超）声波：间距离、水下
红外、可见光：高分辨、天气影响大
电磁波方法的主要有雷达：检测与测量、
成像与目标识别
信息获取的基本过程：传感器阵列采集信号、
信号处理提取信息
西安电子科技大学
雷达信号处理国家重点实验室
研究生学术年会
xN (t)
P
s
p
(t
)e
jt
e j 2d sin p / e j 2 2d sin p /
p 1
e
j
2
(
N
1)
d
sin
p
/
s1 s2
(t)e (t)e
jt jt
a(1) a(2 ) a(P )
A( )S(t)
+ 噪声信号
A( ): N*P阶矩阵
sP (t)e jt
如果A 点 的信号用 s(t)e jt 表示,
则B 点的信号为 s(t t' )e jte j2d sin /
2、空间信息获取的物理基础
由空间采样（传感器）信号可知：
对于单个“窄带”信号, 有s(t t') s(t)
则
1）比较两点信号的相位差，可以估计DOA。 2）对各传感器信号移相补偿使得它们在某
方向矢量a( ) 在噪声子空间 span(VP1, VP2,, VN )
投影矢量长度
1/ 2
N
aH ( )VpV H pa(P )
p P 1
搜索角度 定义空间谱函数：
S( )
1
N
aH ( )VpV H pa(P )
p P 1
西安电子科技大学
雷达信号处理国家重点实验室
2、多信号分辨—线性代数方法
空间信息获取中的两个重要基本问题：
测定电磁波传播方向：波达方向估计 空间滤波：增强期望方向到达的信号而抑
制其它方向来的信号
超分辨问题
西安电子科技大学
雷达信号处理国家重点实验室
2、空间信息获取的物理基础
电磁波传播
C
AC=d*sin
平面波
t’=AC/V
A
d
B
平面波的等相位面垂直于传播方向
2d sin
B 、C 两点等相位，C 点比A点 相位超前
)
xN (t)
s(t)e
jt
e
e j 2d sin / e j 2 2d sin /
j 2 ( N 1)d sin /
s(t)e
jt a(
)
式中，
1
e j 2d sin /
a( ) e j2 2d sin /
e
j
2
(
N
1)
d
sin
/
它依赖于阵列几何结构和波的传播方向、波长等参
数，称为阵列流形（array manifold）或导向矢量
(steering vector)。给定阵列结构和已知传播波长，
由 a( ) 可以计算出波的传播方向 。
2、多信号分辨—线性代数方法
假定：P 个信号分别来自 1,2 P，N > P
x1(t)
1
X(t)
x2
(t
)
x3 (t
)
容易证明： R的前P 个大特征值对应的特征矢量张成的 线性子空间就是前面定义的信号子空间， 后N-P个小特征值对应的特征矢量张成的 线性子空间就是噪声子空间。
span(V1, V2,, VP ) span(a(1), a(2 ),,a(P ))
西安电子科技大学
雷达信号处理国家重点实验室
2、多信号分辨—线性代数方法
向信号子空间的投影矢量不变 向噪声子空间的投影矢量为零
西安电子科技大学
雷达信号处理国家重点实验室
2、多信号分辨—线性代数方法
可否由阵列采集的一批数据 X(t),T1 t T2
求出信号子空间或噪声子空间？
再看看 X(t) A( )S(t) 噪声信号项
span(a(1), a(2 ),,a(P ))
实际上，由于接收机电路总是存在内部噪声信号。
西安电子科技大学
雷达信号处理国家重点实验室
2、多信号分辨—线性代数方法
无论有无噪声，只要求出了信号子空间或噪声
子空间，用方向矢量 a( ) 向这两子空间之一
投影计算其投影矢量长度，并搜索变量 就
可以获得P 个波到达方向 1,2 P ，因为
a( )
Sp
真实角度 对应的 a( )
在不相关白噪声背景下，很容易推得
R A( )E [S(t)SH (t)]AH ( ) 2I
S(t) 充分任意变化，即P 个分量统计不相关，则：
E[S(t)SH (t)] Λ 为对角线大于零的P 阶对角矩阵
西安电子科技大学
Hale Waihona Puke 雷达信号处理国家重点实验室
2、多信号分辨—线性代数方法
得到：
R A( )ΛA H ( ) 2I
S(t) :P维列矢量
2、多信号分辨—线性代数方法
由上述信号模型已知 不考虑接收机内部白噪声情况下，N 个阵元接 收的信号矢量X(t)位于矩阵A的列空间，即N 维 线性空间中的一个P 维子空间中：
X(t) span(a(1), a(2 ),,a(P ))
称此P 维子空间信号子空间， 与其正交的补空间为噪声子空间。
方向上同相位，再相加--波束形成。 问题：多信号--分辨(阵列)，内外部噪声--抗噪
传统方法：匹配滤波（波束形成）
宽带信号--空时，阵列几何结构--模糊
2、多信号分辨—线性代数方法
要求传感器阵列
12
N
▪以均匀线阵为例
d
假定：单个信号源从 方向到达阵列上
x1(t)
1
X(t)
x2
(t
)
x3 (t
R为N 阶正定厄米特(Hermittian)矩阵,其特征分解结构为：
P
N
R u pVpVp H 2I nVnVnH
p 1
n1
n , Vp 分别为矩阵R的特征值和特征矢量，且
1 2 3 P P1 N 2
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2、多信号分辨—线性代数方法
在采集的数据X(t) 中，P个信号幅度随机矢量S(t)
充分任意变化，使得所有X(t)包含信号子空间全部信息
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2、多信号分辨—线性代数方法
用统计方法,求采集数据的自相关矩阵：
R
E
X(t)XH (t)
1
T2 T1
T2
X(t1)XH (t2 )
t T1
1、空间信息获取概述
空间信息获取的应用：非常广泛 几个重要例子 雷达成像：机载/星载SAR、ISAR、舰
载SAR-ISAR
分布式小卫星雷达系统：高分辨率
大测绘带SAR成像、高精度高成测量、高精 度MTI(地面慢速目标、空中高速寻航导弹)。
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研究生学术年会
1、空间信息获取概述
1、空间信息获取概述
信息获取的方法有：
电磁波：全天时全天候、远距离
（超）声波：间距离、水下
红外、可见光：高分辨、天气影响大
电磁波方法的主要有雷达：检测与测量、
成像与目标识别
信息获取的基本过程：传感器阵列采集信号、
信号处理提取信息
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xN (t)
P
s
p
(t
)e
jt
e j 2d sin p / e j 2 2d sin p /
p 1
e
j
2
(
N
1)
d
sin
p
/
s1 s2
(t)e (t)e
jt jt
a(1) a(2 ) a(P )
A( )S(t)
+ 噪声信号
A( ): N*P阶矩阵
sP (t)e jt
如果A 点 的信号用 s(t)e jt 表示,
则B 点的信号为 s(t t' )e jte j2d sin /
2、空间信息获取的物理基础
由空间采样（传感器）信号可知：
对于单个“窄带”信号, 有s(t t') s(t)
则
1）比较两点信号的相位差，可以估计DOA。 2）对各传感器信号移相补偿使得它们在某
方向矢量a( ) 在噪声子空间 span(VP1, VP2,, VN )
投影矢量长度
1/ 2
N
aH ( )VpV H pa(P )
p P 1
搜索角度 定义空间谱函数：
S( )
1
N
aH ( )VpV H pa(P )
p P 1
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2、多信号分辨—线性代数方法
空间信息获取中的两个重要基本问题：
测定电磁波传播方向：波达方向估计 空间滤波：增强期望方向到达的信号而抑
制其它方向来的信号
超分辨问题
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2、空间信息获取的物理基础
电磁波传播
C
AC=d*sin
平面波
t’=AC/V
A
d
B
平面波的等相位面垂直于传播方向
2d sin
B 、C 两点等相位，C 点比A点 相位超前
)
xN (t)
s(t)e
jt
e
e j 2d sin / e j 2 2d sin /
j 2 ( N 1)d sin /
s(t)e
jt a(
)
式中，
1
e j 2d sin /
a( ) e j2 2d sin /
e
j
2
(
N
1)
d
sin
/
它依赖于阵列几何结构和波的传播方向、波长等参
数，称为阵列流形（array manifold）或导向矢量
(steering vector)。给定阵列结构和已知传播波长，
由 a( ) 可以计算出波的传播方向 。
2、多信号分辨—线性代数方法
假定：P 个信号分别来自 1,2 P，N > P
x1(t)
1
X(t)
x2
(t
)
x3 (t
)
容易证明： R的前P 个大特征值对应的特征矢量张成的 线性子空间就是前面定义的信号子空间， 后N-P个小特征值对应的特征矢量张成的 线性子空间就是噪声子空间。
span(V1, V2,, VP ) span(a(1), a(2 ),,a(P ))
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2、多信号分辨—线性代数方法
向信号子空间的投影矢量不变 向噪声子空间的投影矢量为零
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2、多信号分辨—线性代数方法
可否由阵列采集的一批数据 X(t),T1 t T2
求出信号子空间或噪声子空间？
再看看 X(t) A( )S(t) 噪声信号项
span(a(1), a(2 ),,a(P ))
实际上，由于接收机电路总是存在内部噪声信号。
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2、多信号分辨—线性代数方法
无论有无噪声，只要求出了信号子空间或噪声
子空间，用方向矢量 a( ) 向这两子空间之一
投影计算其投影矢量长度，并搜索变量 就
可以获得P 个波到达方向 1,2 P ，因为
a( )
Sp
真实角度 对应的 a( )
在不相关白噪声背景下，很容易推得
R A( )E [S(t)SH (t)]AH ( ) 2I
S(t) 充分任意变化，即P 个分量统计不相关，则：
E[S(t)SH (t)] Λ 为对角线大于零的P 阶对角矩阵
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2、多信号分辨—线性代数方法
得到：
R A( )ΛA H ( ) 2I
S(t) :P维列矢量
2、多信号分辨—线性代数方法
由上述信号模型已知 不考虑接收机内部白噪声情况下，N 个阵元接 收的信号矢量X(t)位于矩阵A的列空间，即N 维 线性空间中的一个P 维子空间中：
X(t) span(a(1), a(2 ),,a(P ))
称此P 维子空间信号子空间， 与其正交的补空间为噪声子空间。
方向上同相位，再相加--波束形成。 问题：多信号--分辨(阵列)，内外部噪声--抗噪
传统方法：匹配滤波（波束形成）
宽带信号--空时，阵列几何结构--模糊
2、多信号分辨—线性代数方法
要求传感器阵列
12
N
▪以均匀线阵为例
d
假定：单个信号源从 方向到达阵列上
x1(t)
1
X(t)
x2
(t
)
x3 (t
R为N 阶正定厄米特(Hermittian)矩阵,其特征分解结构为：
P
N
R u pVpVp H 2I nVnVnH
p 1
n1
n , Vp 分别为矩阵R的特征值和特征矢量，且
1 2 3 P P1 N 2
西安电子科技大学
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2、多信号分辨—线性代数方法
在采集的数据X(t) 中，P个信号幅度随机矢量S(t)
充分任意变化，使得所有X(t)包含信号子空间全部信息
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2、多信号分辨—线性代数方法
用统计方法,求采集数据的自相关矩阵：
R
E
X(t)XH (t)
1
T2 T1
T2
X(t1)XH (t2 )
t T1
1、空间信息获取概述
空间信息获取的应用：非常广泛 几个重要例子 雷达成像：机载/星载SAR、ISAR、舰
载SAR-ISAR
分布式小卫星雷达系统：高分辨率
大测绘带SAR成像、高精度高成测量、高精 度MTI(地面慢速目标、空中高速寻航导弹)。
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1、空间信息获取概述