[發明專利]一種分米級星載TDI CCD立體測繪相機成像仿真方法和系統

有效

• 申請號: 201610031601.8
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105528500B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 高小明;岳慶興;唐新明;李國元;王懷;李濤;陳乾福;陳繼溢;薛玉彩;胡芬;謝金華
• 申請（專利權）人: 國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種分米級星載TDI CCD立體測繪相機成像仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，獲取基礎數據，并對所述基礎數據進行預處理，生成衛星立體影像每一點的影像-幾何模型；其中，所述基礎數據為Worldview-3衛星立體影像和輔助RPC參數，所述預處理具體包括：

(S11)，通過多次前方交會和后方交會迭代計算，消除RPC參數的相對誤差；

(S12)，通過準核線立體影像制作和半全局匹配算法計算左右影像的視差圖，根據所述視差圖計算同名像點坐標，進而前方交會計算準核線影像每一點的物方大地坐標(L，B，H)，其中，L表示經度、B表示緯度、H表示橢球高；

步驟S2，計算衛星軌道數據，所述衛星軌道數據包括地球固連坐標系下衛星的掃描時刻、位置、速度數據；

步驟S3，計算衛星姿態數據；

步驟S4，相機幾何建模，其具體包括

步驟S401，計算相機安裝模型；

步驟S402，計算TDI CCD畸變模型；

步驟S5，利用步驟S1-S4計算的數據，計算TDI CCD瞬時焦面能量影像的數據源范圍；

步驟S6，計算濾波前的TDI CCD瞬時焦面輻照度影像；

步驟S7，用點擴散函數對TDI CCD瞬時焦面輻照度影像進行濾波，得到一個時刻的TDICCD離散平均焦面輻照度；

步驟S8，計算一個積分時間區間內多個細分時刻的TDI輻照度影像，累加后取平均，得到一個積分區間內的TDI時間平均輻照度影像；

步驟S9，將一個積分區間內的TDI時間平均輻照度影像轉換為光生電荷數影像，并根據霰粒噪聲的生成機制加入噪聲電荷，生成該積分區間的電荷數影像；

步驟S10，重復步驟S8和S9，計算下一個積分時間區間的電荷數影像，完成M級電荷數影像累加后，進行模數轉換，輸出一行灰度值影像；

步驟S11，計算一幅模擬影像的每一行灰度值影像，最終輸出一幅模擬影像；

其中，步驟S2具體包括以下步驟：

步驟S201，計算慣性系軌道數據；

在慣性參考系的XOZ平面上，取一組衛星測量坐標系原點坐標，各原點坐標與慣性參考系原點的距離相同，均為R，R等于平均地球半徑加上平均軌道高度；假設第一個原點對應時刻為0，相鄰兩個質心對應時刻相差0.1秒，由R可求得軌道周期T：

單位：秒，

其中G為萬有引力常數，等于6.67*10^-11米³/(千克*秒²)，M為地球質量，等于5.98*10²⁴千克，

降交點時刻Tdsd秒減去T/4就是第一個質心對應的實際時間T₀，即

T₀＝T_dsd-T/4

以下取樣時刻依次加0.1秒為相應的實際時間，dθ＝360/(T*10)為相鄰兩個原點的地心角，第一個質心在Z軸上，Z＝R，第i個取樣時刻的衛星原點位置為：

X＝R×cos(θ)

Y＝0

Z＝R×sin(θ) (1)

其中，θ＝(90-dθ×i)/180.0×π,其中，i＝0,1,…；

設軌道傾角為I，將取樣坐標繞X軸順時針旋轉I-90度，然后繞Z軸逆時針旋轉L度；

步驟S202，計算第i個時刻衛星原點(Xi，Yi，Zi)對應的初始大地坐標(Li，Bi，Hi)；

步驟S203，計算經度L與目標區域中心經度L_c的偏差ΔL；

步驟S204，衛星原點大地坐標的經度L_i(i＝0,1,…)加上ΔL，得到衛星原點的星下點通過目標區域中心點(L_c,B_c)的衛星原點大地坐標序列(L′_i,B′_i,H′_i),其中，i＝0,1,…,L′_i＝L_i+ΔL；

步驟S205，將衛星原點大地坐標序列(L′_i,B_i,H_i)轉換成地心直角坐標序列(X′_i,Y′_i,Z′_i)；

步驟S206，返回步驟201，利用公式(1)計算衛星原點(Xi，Yi，Zi)時將角度θ加上0.00002度；

步驟S207，重復步驟S202至S206，得到新的衛星原點地心直角坐標序列(X”_i,Y”_i,Z”_i)；

步驟S208，計算衛星原點速度序列(V_xi,V_yi,V_zi)：

V_xi＝(X”_i-X′_i)/(T*0.00002/360)

V_yi＝(Y”_i-Y′_i)/(T*0.00002/360)

V_zi＝(Z”_i-Z′_i)/(T*0.00002/360)

其中第i組衛星原點位置速度對應時間為：T_i＝T₀+i*0.1；

步驟S209，保存衛星原點軌跡數據(T_i,X′_i,Y′_i,Z′_i,V_xi,V_yi,V_zi)。