多镜头航天线阵相机系统在轨几何自检校方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多镜头航天线阵相机系统在轨几何自检校方法，用于挖掘和提升传感器的量测性能，从而满足航天线阵相机摄影测量定位精度及军事地形图测制的实际需求。其基本思想是首先在检校试验区域布设和测量高精度的地面标志控制点，并获取相机系统的地面几何标称参数。然后，获取卫星在轨飞行的轨道数据，并在传感器系统所摄对应试验区域影像上量测标志控制点对应的像点坐标；最后基于自建的多镜头线阵传感器成像模型和轨道模型，采用最小二乘光束法自检校平差技术推求影响相机系统几何定位精度的参数改正量，从而，提升传感器系统的量测性能。实验表明本发明专利技术具有较好的可靠性和较高的精度，对提升传感器的对地定位几何精度效果明显。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种卫星在轨飞行状态下，其所搭载的多镜头航天线阵传感器几何系统性误差标定与改正方法，属于航天摄影测量与遥感测绘

技术介绍
线阵扫描式传感器按照镜头多少可以分为单镜头和多镜头传感器，为了进行立体交会，通常情况下，单镜头传感器会在焦面上布置多个平行的线阵CCD，而多镜头则会在每个单独的相机的焦面上布置一条(组)线阵CCD。这种结构设计上的差异，决定了传感器的系统误差以及在轨检校无论是在几何成像模型上还是在数据处理方法上都有所不同。近年国产航天摄影测量线阵相机基本都以多镜头设计为主，例如“天绘”及“资源”系列等国产航天摄影测量卫星系统均属于多镜头线阵传感器这一类。相机系统一旦上天，处于在轨飞行状态下，由于太空中的温湿度、重力、压力等与地面差别极大，这势必引起相机系统的地面标称参数发生很大变化，从而直接影响传感器系统的对地定位能力。多镜头航天线阵相机系统在轨自检校的意义在于其是在传感器实际的航天摄影过程中进行标定，标定的参数更能够满足摄影测量实际作业的需要，利用多余的控制点，可一并对被标定参数的正确性及自检校对传感器摄影定位能力的改善程度做出检验。在航天线阵传感器的摄影定位研究方面，欧美国家的技术比较领先，无论是传感器硬件制造工艺，还是传感器在轨标定方法研究，都存在明显的技术优势。例如，法国的SPOT系列卫星，美国的IK0N0S-2、Quickbird等卫星线阵传感器系统都具备高稳定度、高精度对地定位能力。高精度的对地定位能力不仅建立在传感器硬件工艺水平之上、而且卫星在轨飞行运控及传感器在轨检校等技术环节对传感器的高精度定位能力同样重要，在实际应用中，必须将这些技术环节进行有机结合才能达到高精度定位的目的。而传感器在轨检校技术在所有的技术环节中显得尤为重要，因为其直接面向应用，衔接摄影测量作业、并决定测绘产品的质量。出于技术参数保密和军事利益、经济效益的考虑，这些国外的传感器系统对商业用户所提供的技术参数均经过加密处理，并且传感器在轨检校技术细节也从未公开。目前国内在这方面的研究几乎为空白，未见相似或同样的方法出现。
技术实现思路
本专利技术需要解决技术问题是提供一种能够用于，挖掘和提升传感器的量测性能，从而满足航天线阵相机摄影测量定位精度及军事地形图测制的实际需求。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种，其基本思想是首先在检校试验区域布设和测量高精度的地面标志控制点，并获取相机系统的地面几何标称参数。然后，获取卫星在轨飞行的轨道数据(包括GPS位置数据和星敏姿态数据)，并在传感器系统所摄对应试验区域影像上量测标志控制点对应的像点坐标；最后基于自建的成像模型和轨道模型，采用最小二乘光束法自检校平差(Least SquaresSelf-calibration Bundle Adiustment)技术推求影响相机系统几何定位精度的参数改正量，从而，提升传感器系统的量测性能，即提升传感器的对地定位几何精度。本专利技术的技术解决方案是 一种，其特征在于该方法包括以下几个步骤(I)根据传感器飞行轨迹和影像条带宽度，在检校区内布设高精度标志控制点；(2)对获取检校区的前、下、后视相机三个影像条带进行控制点对应像点量测；(3)获取传感器的轨道数据，包括GPS及星敏姿态数据观测量；(4)根据多镜头航天线阵传感器成像模型和外部定向参数模型，建立观测方程组；〈1>、多镜头航天线阵传感器成像模型光学系统由多个镜头组成的传感器，必须要考虑描述其它镜头相对于下视镜头(平台)的位置与姿态关系，对于镜头j，用dxj，dyj，dzj表示相对于下视镜头的相对位置，用aJ； ^j, Y j表示相对于下视镜头的相对姿态，fj, xpJ, yPJ为镜头j的焦距和主点坐标，成像模型为权利要求1.一种，其特征在于该方法包括以下几个步骤 (1)根据传感器飞行轨迹和影像条带宽度，在检校区内布设高精度标志控制点； (2)对获取检校区的前、下、后视相机三个影像条带进行控制点对应像点量测； (3)获取传感器的轨道数据，包括GPS及星敏姿态数据观测量； (4)根据多镜头航天线阵传感器成像模型和外部定向参数模型，建立观测方程组 〈I >、多镜头航天线阵传感器成像模型 光学系统由多个镜头组成的传感器，必须要考虑描述其它镜头相对于下视镜头(平台)的位置与姿态关系，对于镜头j，用d .，d .，c^表示相对于下视镜头的相对位置，用％，^ j, Y j表示相对于下视镜头的相对姿态，fj, xpJ, ypJ为镜头j的焦距和主点坐标，成像模型为2.如权利要求I所述的，其特征在于所述的利用最小二乘法进行光束法自检校平差数据处理，求解几何系统误差检校参数估值——首先进行线性化、系数阵构造、法化后线性系统求解如下 〈1>、线性化方程组(偏导数) 对成像模型与轨道模型关于未知数求偏导，使之线性化，以便求解3.如权利要求I所述的，其特征在于对所解得参数进行显著性检验，并进行数据分析，包括内部精度、RMS、相关系数和粗差探测计算如下 〈1>、显著性检验 下面给出基本的显著性检验方法， 当附加参数接近正交或正交时，可使用数理统计中的t分布，对所求得的参数，逐个进行显著性检验，t分布是按下式定义的变量 I 其中;为标准正态分布N(O，I) ； n定义为= 变量，U是X2的自由度，此时统计假设为 H0 E(a:) = O7Cl1'为第i个附加参数的估值，取 其中2为单位权方差，< =Li为由平差运算中得出的单位权中误差的平方，其期crOn-u望值为W .q 取自平差中未知数协因数阵Q的对角元素，由于假设￡( ,) = 0因此得出分布 9全文摘要本专利技术涉及一种，用于挖掘和提升传感器的量测性能，从而满足航天线阵相机摄影测量定位精度及军事地形图测制的实际需求。其基本思想是首先在检校试验区域布设和测量高精度的地面标志控制点，并获取相机系统的地面几何标称参数。然后，获取卫星在轨飞行的轨道数据，并在传感器系统所摄对应试验区域影像上量测标志控制点对应的像点坐标；最后基于自建的多镜头线阵传感器成像模型和轨道模型，采用最小二乘光束法自检校平差技术推求影响相机系统几何定位精度的参数改正量，从而，提升传感器系统的量测性能。实验表明本专利技术具有较好的可靠性和较高的精度，对提升传感器的对地定位几何精度效果明显。文档编号G01C11/00GK102636159SQ201210113129公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日专利技术者张丽, 方勇, 杨韫澜, 江振治, 王刃, 胡海彦, 陈虹, 马永社 申请人:中国人民解放军总参谋部测绘研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方勇，江振治，胡海彦，陈虹，王刃，马永社，张丽，杨韫澜，
申请(专利权)人：中国人民解放军总参谋部测绘研究所，
类型：发明
国别省市：