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光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法及系统技术方案

技术编号:17777120 阅读:108 留言:0更新日期:2018-04-22 04:25
本发明专利技术公开了一种光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法及系统,所述方法包括:S1根据瞬时投影中心、地面点及其对应像点的三点共线原理,建立光学卫星影像的严密成像几何模型;S2在卫星姿态测量值的基础上引入卫星姿态的平移项和漂移项,构建光学卫星影像的姿态误差补偿模型;S3根据同一条带内相邻两景影像上像点所对应的成像光线在该相邻两景影像中描述的姿态角相同,构建光学卫星影像的光线同姿约束模型;S4采用最小二乘法求解姿态误差补偿参数。本发明专利技术利用相邻影像间的连接点,通过影像之间固有的光线同姿约束,将所有零交会影像连接成一个整体,从而在少量地面控制点的情况下,同时实现所有零交会光学卫星影像的精确定位。

【技术实现步骤摘要】
光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法及系统
本专利技术属于摄影测量与遥感
,特别涉及一种光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法及系统。
技术介绍
高分辨率卫星遥感对地观测技术已成为人类获取地球空间信息的重要手段之一,由高分辨率卫星影像生产的一系列地理空间信息产品(如数字高程模型、数字正射影像)已被广泛应用于地形测绘、土地利用调查与更新、地质勘探、农林业资源调查、抗震救灾等应用领域。为更快地实现高分辨率卫星影像的产品化,更好地服务于我国社会经济和国防建设,更多地创造社会和经济效益,必须先解决高分辨率卫星影像精确目标定位问题,影像定位精度直接决定了地理空间信息产品的精度。为了提高影像定位精度,高分辨率光学卫星上通常搭载有GPS接收机、星敏感器和陀螺仪,用于确定卫星影像采集时卫星的位置与姿态。然而,受卫星定轨测姿设备性能的影响,卫星位置与姿态测量值不可避免地包含测量误差。在无地面控制点的情况下,高分辨率光学卫星影像仍难以获得最优的定位精度。目前,为了消除这些误差对影像定位的影响,以获得最优的定位精度,地面控制点仍是必不可少的。众所周知,野外采集地面控制点需要投入大量的人力、物力与财力,特别是在高分辨率光学卫星影像所覆盖的大区域范围内。对于天绘一号、资源三号等三线阵立体测绘卫星,可以从不同角度获取覆盖同一地区的前视、下视和后视影像。充分利用三视影像之间的几何约束,进行传统光束法区域网平差处理,即可在少量地面控制点的辅助下,实现三线阵立体卫星影像精确定位。然而,对于高分一号、高分二号、高景一号等单线阵光学测绘卫星,只能通过推扫模式采集沿轨方向的单视条带影像,并将该条带影像切分成若干具有一定重叠的标准影像分发给用户。将条带影像切分成若干标准影像后,相邻标准影像之间的同名光线实质上是同一根光线,其交会角为0°(即零交会)。受零交会问题的影响,同一条带内相邻标准影像难以构成理想立体像对,无法满足传统光束法区域网平差中“良好交会条件下同名光线对对相交”这一基本几何约束。也就是说,对于同一条带内的零交会光学卫星影像,难以利用传统光束法区域网平差方法,实现少量地面控制点辅助的卫星影像精确定位。为了实现同一条带内零交会光学卫星影像精确定位,需要在每一景影像上均匀布设一定数量的地面控制点,这在实际处理过程中往往是难以满足的。主要原因有两点:一是单景高分辨率光学卫星影像的地面覆盖范围通常可达20×20km2至50×50km2,在每一景影像上均匀布设地面控制点需要大量的成本投入;二是受云层遮挡、森林覆盖、纹理匮乏等因素的影响,难以在每一景影像上都获得均匀分布的控制点。因此,如何在少量地面控制点的辅助下,实现零交会光学卫星影像精确定位,对充分发挥我国高分一号、高分二号、高景一号等单线阵卫星影像的应用价值有着重要的意义。
技术实现思路
针对同一条带内多景零交会光学卫星影像精确定位需要大量地面控制点的现状,本专利技术提出了一种光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法及系统,本专利技术充分利用光线同姿约束,来实现少量地面控制点辅助的零交会光学卫星影像的精确定位。本专利技术提供的一种光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法,包括:S1根据瞬时投影中心、地面点及其对应像点的三点共线原理,建立光学卫星影像的严密成像几何模型;S2在卫星姿态测量值的基础上引入卫星姿态的平移项和漂移项,构建光学卫星影像的姿态误差补偿模型;所述平移项和漂移项构成光学卫星影像的姿态误差补偿参数;S3根据同一条带内相邻两景影像上像点所对应的成像光线在该相邻两景影像中描述的姿态角相同,构建光学卫星影像的光线同姿约束模型;S4采用最小二乘法求解姿态误差补偿参数,具体为:4.1根据同一条带内的第1景影像和最后1景影像上的各地面控制点,利用严密成像几何模型和姿态误差补偿模型分别建立第1景影像和最后1景影像的误差方程式;4.2根据同一条带内相邻两景影像间的各连接点,利用相邻两景影像间的光线同姿约束模型,分别建立各相邻两景影像间的误差方程式;4.3基于子步骤4.1和子步骤4.2所建立的误差方程式,根据最小二乘平差原理建立法方程;4.4迭代求解法方程,获得姿态误差补偿参数。进一步的,所述姿态误差补偿模型为:其中,(φ,ω,κ)表示卫星姿态;表示卫星姿态测量值;表示卫星姿态的平移项;表示卫星姿态的漂移项;l和l0分别表示像点和中心扫描行影像在像平面坐标系下的行坐标;且所述光线同姿约束模型为:其中,和分别表示成像光线在第i景和i+1景影像中描述的卫星姿态测量值;和分别表示成像光线在第i景和第i+1景影像中描述的姿态误差补偿参数;li和li+1分别表示像点在第i景和i+1景影像的像平面坐标系下的行坐标;和分别表示第i景和i+1景影像的中心扫描行影像在各自像平面坐标系下的行坐标;第i景和i+1景影像为同一条带内相邻两景影像。进一步的,子步骤4.1所建立的误差方程式为:V1=A1X1-L1Vk=AkXk-Lk其中,向量V1和Vk分别表示第1景影像和最后1景影像上像点坐标观测值的改正数;矩阵A1和Ak分别表示第1景影像和最后1景影像的姿态误差补偿参数的偏导数构成的设计矩阵,该设计矩阵根据严密成像几何模型和姿态误差补偿模型得到;向量X1和Xk分别表示第1景影像和最后1景影像的姿态误差补偿参数的改正数;向量L1和Lk分别表示第1景影像和最后1景影像上像点坐标的残差。进一步的,子步骤4.2所建立的误差方程式为:其中,向量Vi,i+1表示相邻两景影像i和i+1间的光线姿态不符值的改正数,所述光线姿态不符值表示同一成像光线在相邻两景影像中描述的卫星姿态的差值;向量Xi和Xi+1分别表示相邻两景影像i和i+1的姿态误差补偿参数的改正数;和分别表示相邻两景影像i和i+1中影像i和i+1的姿态误差补偿参数的偏导数构成的设计矩阵,该设计矩阵根据光线同姿约束模型得到。本专利技术提供的光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差系统,包括:严密成像几何模型建立模块,用来根据瞬时投影中心、地面点及其对应像点的三点共线原理,建立光学卫星影像的严密成像几何模型;姿态误差补偿模型建立模块,用来在卫星姿态测量值的基础上引入卫星姿态的平移项和漂移项,构建光学卫星影像的姿态误差补偿模型;所述平移项和漂移项构成光学卫星影像的姿态误差补偿参数;光线同姿约束模型建立模块,用来根据同一条带内相邻两景影像上像点所对应的成像光线在该相邻两景影像中描述的姿态角相同,构建光学卫星影像的光线同姿约束模型;姿态误差补偿参数求解模块,用来采用最小二乘法求解姿态误差补偿参数;所述姿态误差补偿参数求解模块进一步包括:第一误差方程建立模块,用来根据同一条带内的第1景影像和最后1景影像上的各地面控制点,利用严密成像几何模型和姿态误差补偿模型分别建立第1景影像和最后1景影像的误差方程式;第二误差方程建立模块,用来根据同一条带内相邻两景影像间的各连接点,利用相邻两景影像间的光线同姿约束模型,分别建立各相邻两景影像间的误差方程式;法方程建立模块,用来基于第一误差方程建立模块和第二误差方程建立模块所建立的误差方程式,根据最小二乘平差原理建立法方程;迭代求解模块,用来迭代求解法方程,获得姿态误差补偿参数。本专利技术具有如下优点和有益效果:本专利技术从光学卫星传感器的本文档来自技高网
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光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法及系统

【技术保护点】
光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法,其特征是,包括:S1根据瞬时投影中心、地面点及其对应像点的三点共线原理,建立光学卫星影像的严密成像几何模型;S2在卫星姿态测量值的基础上引入卫星姿态的平移项和漂移项,构建光学卫星影像的姿态误差补偿模型;所述平移项和漂移项构成光学卫星影像的姿态误差补偿参数;S3根据同一条带内相邻两景影像上像点所对应的成像光线在该相邻两景影像中描述的姿态角相同,构建光学卫星影像的光线同姿约束模型;S4采用最小二乘法求解姿态误差补偿参数,具体为:4.1根据同一条带内的第1景影像和最后1景影像上的各地面控制点,利用严密成像几何模型和姿态误差补偿模型分别建立第1景影像和最后1景影像的误差方程式;4.2根据同一条带内相邻两景影像间的各连接点,利用相邻两景影像间的光线同姿约束模型,分别建立各相邻两景影像间的误差方程式;4.3基于子步骤4.1和子步骤4.2所建立的误差方程式,根据最小二乘平差原理建立法方程;4.4迭代求解法方程,获得姿态误差补偿参数。

【技术特征摘要】
1.光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法,其特征是,包括:S1根据瞬时投影中心、地面点及其对应像点的三点共线原理,建立光学卫星影像的严密成像几何模型;S2在卫星姿态测量值的基础上引入卫星姿态的平移项和漂移项,构建光学卫星影像的姿态误差补偿模型;所述平移项和漂移项构成光学卫星影像的姿态误差补偿参数;S3根据同一条带内相邻两景影像上像点所对应的成像光线在该相邻两景影像中描述的姿态角相同,构建光学卫星影像的光线同姿约束模型;S4采用最小二乘法求解姿态误差补偿参数,具体为:4.1根据同一条带内的第1景影像和最后1景影像上的各地面控制点,利用严密成像几何模型和姿态误差补偿模型分别建立第1景影像和最后1景影像的误差方程式;4.2根据同一条带内相邻两景影像间的各连接点,利用相邻两景影像间的光线同姿约束模型,分别建立各相邻两景影像间的误差方程式;4.3基于子步骤4.1和子步骤4.2所建立的误差方程式,根据最小二乘平差原理建立法方程;4.4迭代求解法方程,获得姿态误差补偿参数。2.如权利要求1所述的光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法,其特征是:所述姿态误差补偿模型为:其中,(φ,ω,κ)表示卫星姿态;表示卫星姿态测量值;表示卫星姿态的平移项;表示卫星姿态的漂移项;l和l0分别表示像点和中心扫描行影像在像平面坐标系下的行坐标;且所述光线同姿约束模型为:其中,和分别表示成像光线在第i景和i+1景影像中描述的卫星姿态测量值;和分别表示成像光线在第i景和第i+1景影像中描述的姿态误差补偿参数;li和li+1分别表示像点在第i景和i+1景影像的像平面坐标系下的行坐标;和分别表示第i景和i+1景影像的中心扫描行影像在各自像平面坐标系下的行坐标;第i景和i+1景影像为同一条带内相邻两景影像。3.如权利要求1所述的光线同姿约束的零交会光学卫星影像联合平差方法,其特征是:子步骤4.1所建立的误差方程式为:V1=A1X1-L1Vk=AkXk-Lk其中,向量V1和Vk分别表示第1景影像和最后1景影像上像点坐标观测值的改正数;矩阵A1和Ak分别表示第1景影像和最后1景影像的姿态误差补偿参数的偏导数构成的设计矩阵,该设计矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员:曹金山袁修孝龚健雅
申请(专利权)人:武汉大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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