一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法，包括以下步骤：1)获取视差影像，并对其进行预处理，所述的视差影像包括相互间具有观测视差的参考影像和待匹配影像；2)对视差影像进行精确密集匹配处理，获得两幅影像的视差偏差值；3)根据视差偏差值计算卫星姿态颤振值。与现有技术相比，本发明专利技术可在不依赖地面控制点和附加硬件设备的基础上，对星体的姿态颤振进行探测和分析，得到真实的星体在垂轨和沿轨方向的姿态颤振值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星遥感成像技术，尤其是涉及一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法。
技术介绍
高分辨率遥感成像卫星自身的姿态稳定性和姿态控制性能，是决定高分辨率卫星成像质量和几何定位精度的重要因素之一。卫星星体的姿态数据，作为传感器严格成像模型中的外方位参数，在几何模型的构建、定位精度的提高、有理函数模型的生成等方面起着决定性的作用。卫星星体的姿态颤振作为卫星运行过程中的普遍现象，对卫星姿态数据的精度有着直接的影响。在高性能定轨和定姿设备的支持下，国外的星载姿态传感器能够对星体的姿态颤振进行精确的探测，从而获得高精度的姿态数据，其高分辨率卫星遥感影像的直接定位精度可达到10米级。但由于硬件技术等原因，国产姿态传感器存在着采样频率低、定姿精度较差和可靠性不足等问题，无法对卫星星体的颤振进行探测，从而对几何定位精度和成像质量产生了较大影响。同时，星载精密定姿传感器也是西方发达国家对中国禁运的主要设备之一。如何在现有硬件条件下，对国产高分辨率遥感卫星姿态颤振进行探测，提高姿态数据精度，成为我国当前遥感测绘领域一个迫切的任务。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法，可以在无地面控制点和附加硬件设备的情况下，对遥感卫星的姿态颤振进行探测。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法，包括以下步骤：1)获取视差影像，并对其进行预处理，所述的视差影像包括相互间具有观测视差的参考影像和待匹配影像；2)对视差影像进行精确密集匹配处理，获得两幅影像的视差偏差值；3)根据视差偏差值计算卫星姿态颤振值。步骤1)中，所述的预处理包括影像增强和视差影像预配准。步骤2)中，所述的精确密集匹配具体为：对两幅影像中相同地物对应的各影像行，以等间隔均匀取点的方式进行逐点匹配，首先采用基于灰度互相关的方法进行粗匹配，获取整像素匹配点，再以粗匹配结果作为初值，使用基于二维曲面峰值拟合的相位相关的方法进行精确匹配，获取亚像素匹配点，对整行影像所有匹配点的结果取平均值，作为整行影像的匹配结果，得到各行影像的视差偏差值。步骤3)中，所述的计算卫星姿态颤振值具体为：301)使用频谱分析的方法由步骤2)获得的视差偏差值得到卫星姿态颤振的频率和幅值，当颤振只含有一种频率分量时，执行步骤302)，当颤振含有多种频率分量时，执行步骤303)；302)通过频谱分析获得视差偏差值的幅值和频率ω，并由相位谱获取其初相位将t时刻的视差偏差值与影像几何偏移值表示为：f(t)=Afcos(ωt+f0)f(t+Δt)＝Afcos(ωt+f0+Δf)式中，Af、f0分别为影像几何偏移值的幅值和初相位，Δt为视差影像的成像时间间隔，Δf=ωΔt；根据，计算得：从而获得影像几何偏移值f(t)；303)通过频谱分析获得视差偏差值各频率分量的幅值频率和初相位影像几何偏移值的各频率等于视差偏差值的频率；对式进行离散傅里叶变换，获得：式中，为虚数单位，k为离散傅里叶变换后频域下对应t时刻的虚数，N为参与离散傅里叶变换的数据总数；则对f(t)进行频谱分析，获取影像几何偏移值各个频率分量的幅值Afi和频率ωi，由相位谱获取各个频率分量的初相位f0i；从而获得影像几何偏移值f(t)：M为频率分量个数；304)根据影像几何位移值f(t)计算星体在垂轨方向和沿轨方向的姿态颤振值(t)和(t)：∂gcross(t)=fx(t)fc]]>∂galong(t)=fy(t)fc]]>式中，fx(t)和fy(t)分别为f(t)在像平面行方向和列方向的分量，fc为相机主距。与现有技术相比，本专利技术在不依赖地面控制点和附加硬件设备的基础上，根据高分卫星多光谱传感器各波段线阵成像视差的特点，对星体的姿态颤振进行了探测。实验表明该方法在国产高分辨率测绘卫星上取得了良好的效果。使用本专利技术方法在国产高分辨率测绘卫星上得到了应用，使用其多光谱影像，探测到了频率为0.63Hz，垂轨方向最大为2.6角秒，沿轨方向最大为1.5角秒的姿态颤振，其对多光谱影像的影响为，垂轨方向最大1.0像素，沿轨方向最大0.6像素。附图说明图1为颤振探测原理示意图；图2为本专利技术的流程示意图；图3为视差影像的匹配流程示意图；图4为各影像行的等间隔密集匹配示意图；图5为某国产测绘卫星多光谱传感器结构示意图；图6为国产测绘卫星传感器每片CCD阵列的视差构成；图7为国产测绘卫星河南某地区域影像；图8为各片CCD影像的沿轨方向视差图；其中，(8a)为CCD1的沿轨方向视差图，(8b)为CCD2的沿轨方向视差图，(8c)为CCD3的沿轨方向视差图；图9为各片CCD影像的垂轨方向视差图；其中，(9a)为CCD1，(9b)为CCD2，(9c)为CCD3；图10为各片CCD影像的视差偏差值；其中，(10a)、(10b)分别为CCD1的沿轨、垂轨方向视差偏差值，(10c)、(10d)分别为CCD2的沿轨、垂轨方向视差偏差值，(10e)、(10f)分别为CCD3的沿轨、垂轨方向视差偏差值；图11为影像的几何偏移值；其中，(11a)为沿轨方向，(11b)为垂轨方向；图12为影像的几何偏移值的拟合结果；其中，(12a)为沿轨方向，(12b)为垂轨方向；图13为卫星的姿态颤振值；其中，(13a)为垂轨方向颤振值，(13b)为沿轨方向颤振值。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。1、基于传感器视差的颤振探测原理具有视差观测的线阵CCD推扫式传感器系统是指传感器的多条CCD线阵在不同的观测时刻连续对同一地物进行成像，即多条CCD线阵在对同一地物成像时，在沿轨方向的成像时刻存在着时间差，如图1所示。对于多条CCD线阵在推扫过程中形成的视差影像，在影像的重叠区域，理论上在像平面相同地物应投影在相同的位置上，即相同的地物在配准后的影像中应具有相同的像素坐标。但是在推扫过程中，在多条CCD线阵依次成像的时间间隔里，星体的姿态颤振会引起传感器外方位元素的变化，从而造成相同地物在多条CCD线阵形成的视差影像中，其几何位置会有微小的偏移，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取视差影像，并对其进行预处理，所述的视差影像包括相互间具有观测视差的参考影像和待匹配影像；2)对视差影像进行精确密集匹配处理，获得两幅影像的视差偏差值；3)根据视差偏差值计算卫星姿态颤振值。

【技术特征摘要】
1.一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法，其特征在于，包括以
下步骤：
1)获取视差影像，并对其进行预处理，所述的视差影像包括相互间具有观测
视差的参考影像和待匹配影像；
2)对视差影像进行精确密集匹配处理，获得两幅影像的视差偏差值；
3)根据视差偏差值计算卫星姿态颤振值。
2.根据权利要求1所述的一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法，
其特征在于，步骤1)中，所述的预处理包括影像增强和视差影像预配准。
3.根据权利要求1所述的一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法，
其特征在于，步骤2)中，所述的精确密集匹配具体为：对两幅影像中相同地物对
应的各影像行，以等间隔均匀取点的方式进行逐点匹配，首先采用基于灰度互相关
的方法进行粗匹配，获取整像素匹配点，再以粗匹配结果作为初值，使用基于二维
曲面峰值拟合的相位相关的方法进行精确匹配，获取亚像素匹配点，对整行影像所
有匹配点的结果取平均值，作为整行影像的匹配结果，得到各行影像的视差偏差值。
4.根据权利要求1所述的一种基于成像传感器视差的卫星姿态颤振探测方法，
其特征在于，步骤3)中，所述的计算卫星姿态颤振值具体为：
301)使用频谱分析的方法由步骤2)获得的视差偏差值得到卫星姿态颤振的
频率和幅值，当颤振只含有一种频率分量时，执行步骤302)，当颤振...

【专利技术属性】
技术研发人员：童小华，徐聿升，叶真，刘世杰，李凌云，李天鹏，王凤香，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31