[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星激光高度計足印相機(jī)姿態(tài)的測定方法

有效

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• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105571598B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 舒嶸;楊貴;邱振戈;謝鋒;王建宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開了一種基于足印相機(jī)的衛(wèi)星姿態(tài)測定方法，該方法的基本步驟為：(1)根據(jù)相機(jī)檢校參數(shù)、使用衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)、DEM產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行足印相機(jī)幾何粗校正；(2)根據(jù)DEM選擇地形起伏度較小的均勻分布的候選控制點區(qū)域，在對應(yīng)區(qū)域的足印相機(jī)粗校正圖像上選取小窗口作為匹配的窗口圖像；(3)使用地理約束的模板匹配法找到其在處理后的立體線陣影像上的位置，聯(lián)合DEM產(chǎn)品數(shù)據(jù)得到高程控制點；(4)計算圖像的外方位元素，得到足印相機(jī)的指向。本發(fā)明通過精確求解立體測圖衛(wèi)星足印相機(jī)的精確指向，進(jìn)而得到衛(wèi)星的準(zhǔn)確姿態(tài)數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于遙感對地觀測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種輔助數(shù)據(jù)下的衛(wèi)星激光高度計足印相機(jī)姿態(tài)的測定方法。

背景技術(shù)

為了提高立體測圖衛(wèi)星的精度，亟需研究和解決星載姿態(tài)定位過程中所面臨的一系列關(guān)鍵技術(shù)問題，其中一項重要內(nèi)容就是使用激光同軸足印相機(jī)的得到激光的精確指向。

要實現(xiàn)足印相機(jī)在不同地形之下、衛(wèi)星抖動情況下、立體相機(jī)圖像與足印相機(jī)圖像視角不同情況下的每一次都能夠準(zhǔn)確、快速匹配，對圖像的預(yù)處理技術(shù)、控制點的選擇技術(shù)、圖像快速精確匹配技術(shù)、三維控制點獲取技術(shù)、控制點平差技術(shù)等均提出了較高的要求。由于衛(wèi)星的原始測量姿態(tài)有一個偏差，且DEM也不完全精確，使用該姿態(tài)與DEM進(jìn)行相機(jī)圖像的像點計算時，各像點的高程估算會出現(xiàn)錯誤，則校正后的圖像會出現(xiàn)不規(guī)則的變形，用圖像匹配的方式得到的控制點，很可能達(dá)到幾個像元級別誤差；足印相機(jī)的視角與立體相機(jī)的視角并不一致，即使立體相機(jī)圖像做過正射校正，其由視角引起的變形變化不同很可能導(dǎo)致復(fù)雜地形下畸變較大，對匹配的準(zhǔn)確性有較大影響。

控制點位置的選擇對控制點的精度至關(guān)重要，并不是所有的地方都適合選擇控制點，平坦地區(qū)在計算像點時即使發(fā)生平面偏移，其高程變化也不大，最終校正后的圖像也平面畸變不大，最終匹配的精度會較高。而在復(fù)雜地形下，較小的平面錯位會導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)各像點的高程誤差較大，最終導(dǎo)致圖像的不規(guī)則變形，容易發(fā)生誤匹配。即使匹配準(zhǔn)確，也存在一定的不規(guī)則偏差，難以約束。

設(shè)計一種高精度的控制點提取方法，并且合理規(guī)劃控制點的位置，抑制或消除控制點提取的固有誤差來源，在一定程度上克服目前匹配方法無法規(guī)避復(fù)雜地形引起的固有誤差、匹配效率低下等問題，滿足高分辨率立體測圖衛(wèi)星足印相機(jī)姿態(tài)的精確獲取的實際需要，通過高精度控制點提取并得到準(zhǔn)確的姿態(tài)測量結(jié)果，以此為高分辨率立體測圖衛(wèi)星系統(tǒng)的激光器提供準(zhǔn)確的指向參數(shù)，這對于提升對地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)幾何處理精度和產(chǎn)品質(zhì)量具有極為重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是：提供一種測圖衛(wèi)星足印相機(jī)姿態(tài)測量方法。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案采用如下步驟：

(1)在瞬時姿態(tài)數(shù)據(jù)、CCD圖像的像元畸變參數(shù)、DEM數(shù)據(jù)輔助下對CCD圖像進(jìn)行幾何校正；具體步驟如下：

(1-1)獲取CCD圖像成像時衛(wèi)星平臺的瞬時姿態(tài)數(shù)據(jù)、CCD圖像的像元畸變參數(shù)，獲得測區(qū)的DEM數(shù)據(jù)；

(1-2)直接定位法得到圖像每個像元的地面平面坐標(biāo)點，并將坐標(biāo)點轉(zhuǎn)為WGS84坐標(biāo)系下。然后對圖像進(jìn)行超分辨率重采樣；

(1-3)使用雙線性插值法，根據(jù)每一個像點的WGS84坐標(biāo)，對圖像進(jìn)行重采樣，重采樣后的分辨率與立體相機(jī)圖像的分辨率相同；

(2)根據(jù)DEM計算地形起伏度，從圖像范圍內(nèi)中提取候選控制點；具體步驟如下：

(2-1)截取DEM數(shù)據(jù)，獲得與重采樣后CCD圖像相一致的區(qū)域，并且對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，將其分辨率調(diào)整為與CCD幾何校正數(shù)據(jù)一致的分辨率結(jié)果；

(2-2)計算DEM的地形起伏度，對于重采樣后DEM數(shù)據(jù)的每一個像點，以其為中心截取周圍128*128像元，計算這些像元的標(biāo)準(zhǔn)差，將該標(biāo)準(zhǔn)差作為該像元的地形起伏度的計算結(jié)果；