一种无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法技术

本发明专利技术公开了一种无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法，包括S1、针对卫星原始影像开展高频次在轨几何检校，有效消除卫星原始影像中的主要系统误差；S2、采用虚拟CCD重成像技术针对卫星原始影像进行传感器校正处理，生成低畸变传感器校正影像产品，消除卫星影像中的几何畸变误差；S3、利用公众地理信息资源作为控制参考，针对传感器校正影像开展区域网平差，进一步降低卫星影像中残留的各类误差，并实现不同影像之间的高精度几何接边。优点是：本方法从卫星影像的生产和摄影测量处理等多个环节来共同降低卫星影像几何误差，更加有效和可靠地提升大范围卫星影像几何精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
一种无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法


[0001]本专利技术涉及摄影测量
，尤其涉及一种无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法。

技术介绍

[0002]在卫星在轨成像和数据地面处理过程中均不可避免会受到各类系统误差及随机误差的影响，导致所获取的卫星影像中存在一定几何定位误差或影像内部几何畸变，通常无法直接满足各行业对卫星影像的高质量应用需求，因此在使用卫星影像过程中，通常需要首先测制或收集测区内的高精度地面控制资料，并开展摄影测量处理，以此来消除影像中存在的几何误差，提升影像数据的几何定位精度，使其满足各行业高精度应用需求。因此，在不使用高精度地面控制资料情况下，研究如何有效提升卫星影像的几何精度，是充分发挥卫星影像应用效益的必然途径。
[0003]在无地面高精度控制点条件下提升卫星影像几何精度，当前一般包括了两种技术方案。一种方案是在无地面实测控制点条件下消除或减弱卫星成像过程和处理过程中的各类误差，主要包括时间同步误差、姿态测量值误差、轨道测量值误差、相机内部误差和设备安装误差，进而从源头上降低误差影响，达到提升影像几何精度的目的。但是该方案对卫星影像几何精度的提升效果与具体卫星型号密切相关，很多卫星影像的几何精度提升效果并不显著，更加无法解决大范围多时相影像之间几何精度的一致性问题。另一种方案是充分利用可以公开收集到的公众地理信息数据(如SRTM，ASTER DEM、谷歌影像等)作为控制和参考，创新卫星影像区域网平差策略，通过开展卫星影像区域网平差等摄影测量处理来提升卫星影像的几何精度。该方案对卫星影像几何精度的提升效果既受公众地理信息数据精度和数量影响，更受卫星影像自身几何精度(尤其是影像内部几何畸变程度)的影响，当卫星影像存在较为明显的几何畸变时，该方法无法取得理想的效果。
[0004]综上所述，上述两种方案均存在较大的局限性，均无法可靠且有效地提升大区域卫星影像几何精度，因此，迫切地需要寻找一种高效且可靠的卫星影像几何精度有效提升方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法，包括如下步骤，
[0008]S1、针对卫星原始影像开展高频次的在轨几何校验，获取在轨后卫星影像外方位元素的误差补偿值和内方位元素的精确标定值；
[0009]S2、针对单景卫星影像，基于真实的卫星相机参数，构建理想线中心投影的虚拟光学相机内方位元素；基于卫星真实的姿态测量数据、轨道测量数据和成像时间数据，构建平
缓光滑的虚拟光学相机的外方位元素，采用虚拟重成像技术，针对卫星原始影像进行重采样，生成低畸变的传感器校正影像产品；
[0010]S3、收集和整理精度可靠的公众地理信息资源作为控制点，将大区域的传感器校正影像构建区域网，开展基于RFM的区域网平差处理，迭代解算每张影像RFM的仿射变换参数，并基于迭代解算结果，更新每张影像RFM的仿射变换参数。
[0011]优选的，步骤S1具体包括如下内容，
[0012]S11、采用偏置矩阵R
u
作为卫星影像外方位元素指标值的补偿模型，采用CCD探元指向角(ψ
x
,ψ
y
)作为卫星相机内方位元素的表达形式；
[0013][0014][0015][0016]其中，R
u
为分别绕y轴、x轴和z轴旋转ω
u
、κ
u
角度得到的正交旋转矩阵；(x
s
，y
s
)为获取像点的CCD线阵在焦面上的安装的起始位置，(x0，y0)为相机主光轴与焦平面的交点坐标，μ为CCD探元尺寸，f为焦距；
[0017]S12、监控卫星影像几何检校成果的精度变化状况，确定几何检校的开展的频次；
[0018]S13、构建卫星影像内外方位元素同时标定的联合检校几何模型；
[0019][0020]其中，为影像上某一像点对应的WGS84坐标系下的地面点大地坐标；[X
GPS
,Y
GPS
,Z
GPS
]T
为卫星质心在WGS84坐标系下坐标；为利用姿态测量数据构建的卫星本体坐标系到WGS84坐标系变换的旋转矩阵；(ψ
x
,ψ
y
)为相机中CCD探元指向角、m为缩放系数；
[0021]S14、将偏置矩阵R
u
中的ω
u
、κ
u
作为待求解未知数，构建误差方程，利用2个以上的平高控制点，采用最小二乘方法开展区域网平差，求解出偏置矩阵；
[0022]S15、将tan(ψ
x
),tan(ψ
y
)作为待求解未知数，构建误差方程，从高精度DOM参考影像上匹配获取数以百计的控制点，采用谱修正迭代方法开展区域网平差，从平差结果中解求相机中CCD探元指向角。
[0023]优选的，步骤S12具体为，当偏置矩阵的精度低于第一精度阈值时，需要重新开展几何校验获取卫星影像外方位元素的补偿矩阵；当CCD探元指向角的精度低于第二精度阈值时，需要重新开展在轨几何检校获取卫星影像内方位元素的精确标定值。
[0024]优选的，步骤S2具体包括如下内容，
[0025]S21、在真实相机焦平面上构建一条理想的虚拟CCD线阵，通过虚拟CCD线阵各探元
在焦平面上的位置(x,y)以及相机的焦距f和主点(x0,y0)信息，计算获取每个虚拟CCD探元的指向角；
[0026]所述虚拟CCD线阵“安置”在焦平面上所有真实CCD线阵的正中间，虚拟CCD线阵的宽度等于所有真实CCD线阵垂直轨道方向的总体宽度，虚拟CCD探元的尺寸采用真实CCD探元尺寸的理论设计值；
[0027]S22、获取整景影像各行影像的平均积分时间
△
t，并据此重新生成每行影像的虚拟成像时间t
i
；
[0028]t
i
＝t0+(i
‑
1)
·
△
t
[0029][0030]其中，t
i
为第i行影像的虚拟成像时间；t0为单景影像中第一行影像l0的真实成像时间；t1为单景影像中最后一行影像l1的真实成像时间；
[0031]S23、获取卫星轨道测量数据和卫星姿态测量数据；
[0032]S24、利用步骤S21
‑
S23获取的虚拟CCD探元的指向角、虚拟成像时间、轨道测量数据和姿态测量数据，构建传感器校正影像的严密成像几何模型，建立传感器校正影像的像点和对应地面点之间的坐标转化关系；
[0033][0034]其中，为传感器校正影像上某一像点对应的WGS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、针对卫星原始影像开展高频次的在轨几何校验，获取在轨后卫星影像外方位元素的误差补偿值和内方位元素的精确标定值；S2、针对单景卫星影像，基于真实的卫星相机参数，构建理想线中心投影的虚拟光学相机内方位元素；基于卫星真实的姿态测量数据、轨道测量数据和成像时间数据，构建平缓光滑的虚拟光学相机的外方位元素，采用虚拟重成像技术，针对卫星原始影像进行重采样，生成低畸变的传感器校正影像产品；S3、收集和整理精度可靠的公众地理信息资源作为控制点，将大区域的传感器校正影像构建区域网，开展基于RFM的区域网平差处理，迭代解算每张影像RFM的仿射变换参数，并基于迭代解算结果，更新每张影像RFM的仿射变换参数。2.根据权利要求1所述的无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法，其特征在于：步骤S1具体包括如下内容，S11、采用偏置矩阵R
u
作为卫星影像外方位元素指标值的补偿模型，采用CCD探元指向角(ψ
x
,ψ
y
)作为卫星相机内方位元素的表达形式；)作为卫星相机内方位元素的表达形式；)作为卫星相机内方位元素的表达形式；其中，R
u
为分别绕y轴、x轴和z轴旋转ω
u
、κ
u
角度得到的正交旋转矩阵；(x
s
，y
s
)为获取像点的CCD线阵在焦面上的安装的起始位置，(x0，y0)为相机主光轴与焦平面的交点坐标，μ为CCD探元尺寸，f为焦距；S12、监控卫星影像几何检校成果的精度变化状况，确定几何检校的开展的频次；S13、构建卫星影像内外方位元素同时标定的联合检校几何模型；其中，为影像上某一像点对应的WGS84坐标系下的地面点大地坐标；[X
GPS
,Y
GPS
,Z
GPS
]
T
为卫星质心在WGS84坐标系下坐标；为利用姿态测量数据构建的卫星本体坐标系到WGS84坐标系变换的旋转矩阵；(ψ
x
,ψ
y
)为相机中CCD探元指向角、m为缩放系数；S14、将偏置矩阵R
u
中的ω
u
、κ
u
作为待求解未知数，构建误差方程，利用2个以上的平高控制点，采用最小二乘方法开展区域网平差，求解出偏置矩阵；S15、将tan(ψ
x
),tan(ψ
y
)作为待求解未知数，构建误差方程，从高精度DOM参考影像上匹
配获取数以百计的控制点，采用谱修正迭代方法开展区域网平差，从平差结果中解求相机中CCD探元指向角。3.根据权利要求2所述的无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法，其特征在于：步骤S12具体为，当偏置矩阵的精度低于第一精度阈值时，需要重新开展几何校验获取卫星影像外方位元素的补偿矩阵；当CCD探元指向角的精度低于第二精度阈值时，需要重新开展在轨几何检校获取卫星影像内方位元素的精确标定值。4.根据权利要求1所述的无地面控制条件下大范围卫星影像几何精度提升方法，其特征在于：步骤S2具体包括如下内容，S21、在真实相机焦平面上构建一条理想的虚拟CCD线阵，通过虚拟CCD线阵各探元在焦平面上的位置(x,y)以及相机的焦距f和主点(x0,y0)信息，计算获取每个虚拟CCD探元的指向角；所述虚拟CCD线阵“安置”在焦平面上所有真实CCD线阵的正中间，虚拟CCD线阵的宽度等于所有真实CCD线阵垂直轨道方向的总体宽度，虚拟CCD探元的尺寸采用真实CCD探元尺寸的理论设计值；S22、获取整景影像各行影像的平均积分时间
△
t，并据此重新生成每行影像的虚拟成像时间t
i
；t
i
＝t0+(i
‑
1)
·
△
t其中，t
i
为第i行影像的虚拟成像时间；t0为单景影像中第一行影像l0的真实成像时间；t1为单景影像中最后一行影像l1的真实成像时间；S23、获取卫星轨道测量数据和卫星姿态测量数据；S24、利用步骤S21
‑
S23获取的虚拟CCD探元的指向角、虚拟成像时间、轨道测量数据和姿态测量数据，构建传感器校正影像的严密成像几何模型，建立传感器校正影像的像点和对应地面点之间的坐标转化关系；其中，为传感器校正影像上某一像点对应的WGS84坐标系下的地面点大地坐标；t为每一行影像的成像时间；[X
GPS
(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：周平，王霞，莫凡，岳明宇，王艺颖，王懿哲，葛邦宇，王洋洋，
申请(专利权)人：自然资源部国土卫星遥感应用中心，
类型：发明
国别省市：