[發明專利]基于衛星觀測角誤差估計的直接定位方法及系統

無效

• 申請號: 201010246812.6
• 申請日: 2010-08-06
• 公開（公告）號: CN102346033A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 馬洪兵;孫衛東;安鴦
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;李巖

技術領域

本發明屬于遙感圖像處理技術領域，涉及一種光學遙感衛星數據地理定位方法，特別是一種基于衛星觀測角誤差估計的高精度直接定位方法。

背景技術

隨著衛星對地觀測技術在空間分辨率、光譜分辨率、時間分辨率以及觀測模式上的不斷發展，衛星遙感數據的綜合定量處理、增值處理及深層次應用處理需求日益高漲，特別是在地圖測繪、多源衛星遙感數據的融合、地面目標監測等應用處理中，衛星遙感數據的高精度幾何定位問題已經成為眾多遙感應用領域亟待解決的瓶頸問題。衛星遙感數據高精度幾何定位技術是衛星遙感數據定量化處理的關鍵基礎支撐技術之一，其精度將直接影響定量化處理及增值處理的深度。

衛星遙感影像的地理定位，指的是確定遙感圖像中每個像元所對應的地面位置信息的過程。對于光學遙感而言，圖像中的每個像元都與衛星對地觀測時的某一瞬時視場相對應，其地面位置信息包括地理經緯度、地面高度。遙感影像高精度定位的依據是攝影測量理論，其定位的關鍵技術之一是建立傳感器成像的數學模型，簡稱為成像模型，它反映的就是地面點的地理坐標與相應像點在像平面坐標系的像元坐標之間的數學關系。

定位技術大致分為直接定位和幾何精校正兩類。直接定位是指基于衛星星歷數據、衛星軌道模型以及觀測時間信息直接確定觀測時刻的衛星位置，然后根據衛星掃描特性、衛星觀測角及衛星姿態角，計算出衛星各個瞬時視場所對應的地面坐標位置。幾何精校正是指利用地面控制點(Ground?Control?Points，GCPs)的已知精確地理坐標位置和直接定位出的地理坐標位置間的誤差，采用幾何變換方法進一步提高衛星遙感圖像定位精度的過程。

決定幾何定位精度的因素包括傳感器觀測角測量精度、衛星軌道與姿態信息測量精度、地球模型和高程模型精度、可參照的地理信息或基準圖像精度、地面控制點分布狀況的合理性等諸多因素。但由于上述參數均存在一定程度的誤差，因此直接定位的精度往往不是很高，只能達到數像元級的水平。幾何精校正精度雖然能夠達到亞像元級的水平，但卻需要獲取大量的地面控制點。在我國西部無圖區域以及海域、沙漠等無法獲取地面控制點的區域，幾何精校正方法難以實施。針對這類應用需求，稀疏或地面控制點缺少情況下的高精度幾何定位問題已成為人們的關注焦點之一。有關這一問題，目前已存在不少理論分析與公式推導研究，并形成了若干稀無地面控制點情況下的高精度定位方法。

一方面，幾何精校正方法通常將直接定位誤差通過仿射變換的形式加以表達，但直接定位誤差往往起因于衛星軌道、觀測角及姿態測量誤差，在廣域情形下這種表達缺乏足夠的精度。另一方面，由于無地面測控狀況下衛星軌道及其飛行姿態的基本穩定性，如果一景觀測時的衛星軌道、觀測角及姿態誤差可以精確估計的話，那么這一精確估計結果可以用于一定時間間隔內其他景衛星遙感圖像的無控制點精確定位，以達到較高的定位精度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于衛星觀測角誤差估計的直接定位方法及系統，以達到較高的地理定位精度。

為達到上述目的，本發明的基于衛星觀測角誤差估計的直接定位方法，包括以下步驟：

控制點獲取步驟，用于在在衛星遙感圖像的第一景圖像上選取至少一個控制點，并獲取相應控制點的精確地理坐標及該些控制點的高程信息；

坐標誤差計算步驟，用于轉換所述控制點的精確地理坐標為地心旋轉坐標系下的坐標，并計算所述控制點在所述地心旋轉坐標系下的粗略坐標，以獲取該些控制點在該地心旋轉坐標系中的坐標誤差；

精確觀測角計算步驟，用于獲取衛星傳感器觀測角誤差，并將該觀測角誤差補償到同軌的第二景圖像中，以獲取精確的觀測角值；

像素點精確定位步驟，用于根據所述精確的觀測角值獲取無控制點的同軌第二景圖像的精確定位結果。

上述基于衛星觀測角誤差估計的直接定位方法，其特征在于，所述坐標誤差計算步驟進一步包括：

步驟21，將所述控制點的精確地理坐標轉換為地心旋轉坐標系下的坐標

步驟22，使用所述控制點的高程信息通過直接定位法計算所述控制點在地心旋轉坐標系下的粗略坐標(X_i，Y_i，Z_i)，i＝1，…，n。

步驟23：用所述控制點的精確坐標減去直接定位的所述粗略坐標得到所述控制點在所述地心旋轉坐標系中的坐標誤差(ΔX，ΔY，ΔZ)；

所述步驟21、22中，i＝1，…，n，n為控制點的數目。

上述基于衛星觀測角誤差估計的直接定位方法，其特征在于，所述精確觀測角計算步驟進一步包括：