[發(fā)明專利]一種高軌大面陣靜止衛(wèi)星影像幾何定位仿真方法

有效

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• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN107945235B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓杰;吳國璽;楊健;李響;孔祥皓;孟慶巖
• 申請（專利權(quán)）人: 許昌學(xué)院;中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80;G06F30/20
• 代理公司: 鄭州三陽專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41175
• 代理人: 范向南

本發(fā)明公開了一種高軌大面陣靜止衛(wèi)星影像幾何定位仿真方法，包括以下步驟：1)根據(jù)高軌大面陣靜止衛(wèi)星相機(jī)特點(diǎn)，構(gòu)建其嚴(yán)格幾何成像模型，并分析初始仿真定位結(jié)果誤差；2)顧及相機(jī)姿態(tài)角常差，構(gòu)建幾何外檢校模型；3)從真實(shí)在軌成像影像中提取仿真控制點(diǎn)，結(jié)合SRTM DEM數(shù)據(jù)，分析控制點(diǎn)分布對幾何外檢校精度的影響；4)在確定適合該衛(wèi)星的控制點(diǎn)分布情況后，利用幾何外檢校模型，獲取相機(jī)姿態(tài)角常差；步驟5)比較經(jīng)外檢校后的幾何定位仿真影像與在軌真實(shí)影像中同一像點(diǎn)坐標(biāo)差異。本發(fā)明能夠很好的模擬該類衛(wèi)星真實(shí)成像幾何誤差，有助于分析該類衛(wèi)星相機(jī)姿態(tài)角誤差與外界熱環(huán)境之間的相互關(guān)系，指導(dǎo)相機(jī)及時(shí)開展檢校工作，更新其處理流程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天遙感衛(wèi)星領(lǐng)域，尤指一種高軌大面陣靜止衛(wèi)星影像幾何定位仿真方法。

背景技術(shù)

衛(wèi)星影像幾何定位仿真研究是開展航天遙感論證、幾何質(zhì)量評價(jià)和誤差理論分析等工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。尤其是近幾年我國重點(diǎn)發(fā)展高分辨率衛(wèi)星測繪事業(yè)，使得該項(xiàng)研究工作受到更多研究學(xué)者的關(guān)注。其中，衛(wèi)星傳感器嚴(yán)格幾何成像模型及外檢校方法是幾何定位仿真的理論基礎(chǔ)，也是目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。例如，祝小勇等人在建立了CBERS-02B衛(wèi)星影像嚴(yán)格成像幾何模型后，分析了在進(jìn)行外檢校時(shí)，俯仰、滾動(dòng)和偏航角度對影像幾何定位精度的影響。袁修孝等人在原有的研究基礎(chǔ)上，提出了更為嚴(yán)密的影像姿態(tài)角系統(tǒng)誤差檢校方法，并利用SPOT5和CBERS-02B衛(wèi)星影像進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。李奇峻等人針對ZY-3衛(wèi)星多光譜相機(jī)特點(diǎn)，提出了運(yùn)用羅德里格矩陣建立姿態(tài)角常差檢校方法，并利用大連地區(qū)ZY-3影像進(jìn)行了算法檢驗(yàn)。孟偉燦等人以天繪一號(hào)衛(wèi)星高分相機(jī)為例，在構(gòu)建了其嚴(yán)格成像模型后，提出了內(nèi)外部誤差補(bǔ)償模型，并設(shè)計(jì)了五組實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)補(bǔ)償效果。楊博等人在建立資源一號(hào)02C衛(wèi)星全色影像嚴(yán)格幾何成像模型后，采用分步迭代方法計(jì)算內(nèi)外檢校參數(shù)，并利用嵩山定標(biāo)場參考數(shù)據(jù)對檢校結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。牛常領(lǐng)等人在對ZY-3衛(wèi)星影像姿態(tài)角檢驗(yàn)時(shí)，對比分析了利用四元數(shù)和姿態(tài)角兩種誤差補(bǔ)償模型所取得的精度。

GF-4衛(wèi)星作為我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)中的一顆靜止軌道衛(wèi)星，已于2015年12月29日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。該衛(wèi)星采用面陣成像方式獲取高時(shí)間分辨率（重訪周期20s）、大幅寬（可見光近紅外通道/中波紅外通道幅寬約500km/400km）衛(wèi)星影像，并憑借其靈活機(jī)動(dòng)（五種成像模式——凝視模式、跟蹤模式、巡航模式、簽到模式、夜間模式）的特點(diǎn)，已經(jīng)為我國災(zāi)害監(jiān)測、氣象預(yù)報(bào)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域提供了有效的數(shù)據(jù)支持。同樣，對于該靜止面陣成像衛(wèi)星而言，也需要構(gòu)建其幾何定位仿真模型。雖然上述研究人員已經(jīng)在此領(lǐng)域開展了相應(yīng)的學(xué)術(shù)探討，并得出了有價(jià)值的研究結(jié)論，但是大多數(shù)研究是針對太陽同步軌道線陣推掃式成像衛(wèi)星特點(diǎn)開展的。然而，對于靜止軌道高分辨率面陣成像衛(wèi)星而言，其幾何定位仿真及外檢校過程如何開展，則需要做進(jìn)一步的研究，這對優(yōu)化仿真體系以及掌握該衛(wèi)星影像幾何定位誤差來源具有重要意義。

本發(fā)明以GF-4衛(wèi)星可見光近紅外通道影像為例，首先構(gòu)建其嚴(yán)格成像模型，然后顧及相機(jī)姿態(tài)角常差，利用在軌真實(shí)成像的高軌大面陣靜止衛(wèi)星影像及SRTM DEM開展幾何外檢校，同時(shí)分析地面控制點(diǎn)分布對幾何外檢校的影響。最后，利用外檢校參數(shù)對幾何定位仿真模型進(jìn)行優(yōu)化，提高影像幾何定位仿真精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有衛(wèi)星影像幾何定位仿真研究中并未建立高軌大面陣靜止衛(wèi)星影像幾何定位仿真的具體流程，本發(fā)明以GF-4衛(wèi)星相機(jī)為例，本發(fā)明提出了一種高軌大面陣靜止衛(wèi)星影像幾何定位仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）,根據(jù)高軌大面陣靜止衛(wèi)星相機(jī)特點(diǎn)，構(gòu)建其嚴(yán)格幾何成像模型，并分析初始仿真定位結(jié)果誤差；

2）,顧及相機(jī)姿態(tài)角常差，構(gòu)建幾何外檢校模型；

3）,從真實(shí)在軌成像影像中提取仿真控制點(diǎn)，結(jié)合SRTM DEM數(shù)據(jù)，分析控制點(diǎn)分布對幾何外檢校精度的影響；

4）,在確定適合該衛(wèi)星的控制點(diǎn)分布情況后，利用幾何外檢校模型，獲取相機(jī)姿態(tài)角常差；