[發明專利]一種傳感器觀測視線與地球表面交點的計算方法

有效

• 申請號: 201810491796.3
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108957500B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 劉廣;閆世勇;郭華東;張露
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01C11/02
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發明公開了一種傳感器觀測視線與地球表面交點的計算方法，在大地坐標系下計算傳感器觀測視線與地球表面交點。本發明相對于現有技術的優勢在于：首先，本發明不需要進行多次迭代計算聯立求解共線方程和變高橢球面方程，避免了聯立方程迭代求解的問題；其次，本發明在大地坐標系下進行計算，幾何意義明確，在復雜地形條件下可以很好的應用。本發明計算效率高、實施方便、結果直觀明了，在傳感器幾何定位、遙感影像校正等應用領域具有實用價值和廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于對地觀測技術領域，涉及一種傳感器觀測視線與地球表面交點的計算方法。

背景技術

二十一世紀以來，隨著航空、航天技術的發展，利用搭載于飛機、衛星等平臺上的光學傳感器對地球進行觀測，獲得的遙感影像已經在全球變化、國土資源、災害監測等方面獲得了廣泛的應用。為了從遙感影像獲得準確的地面信息，首先需要得到遙感影像各個像元對應的地面目標，目標的位置的準確程度直接決定了獲取信息的精度。一般而言，傳感器經過嚴格的實驗室標定和在軌定標，其幾何成像參數相對固定，但是對于復雜地形條件、大視角情況下由于地形的起伏會造成傳感器視線方向與地表存在多個交點，如何準確獲得遙感像元對應的實際地物目標是獲得地物信息的關鍵。

計算傳感器觀測視線與地球表面交點，目前主要的使用較多的是在地心地固空間直角坐標系下進行計算，例如Rupter等人2002年在ISPRS會議論文“A program for directgeoreferencing of airborne and spaceborne line scanner images”中、2015年胡堃在“一種大傾角敏捷成像衛星影像的直接定位方法”一文、王密等人在CN106403902A中均設計了通過迭代在空間直角坐標系下解算傳感器觀測視線與地球表面交點的方法，在迭代過程中需要多次進行共線方程和變高橢球面方程聯立求解，迭代求解的方法與迭代起始條件有關，在地形復雜的地區有時候會出現局部最優而非全局最優結果；另外一種是在大地坐標系下進行計算，Karshoglu等人2006年在ISPRS會議論文“Orthorectification ofMonoscopicImages by a New Differential Image Rectification Method”設計了一種在大地坐標系下通過迭代求解交點的方法，這個方法中假定了大地坐標系下視線的天頂角和橢球體參數是常數，這是一個寬松的假定，因為空間直角坐標系下視線方程為直線，變換到大地坐標系后一般情況下并不是直線。

發明內容

本發明主要建立了一種在大地坐標系下計算傳感器觀測視線與地球表面交點的方法。本發明在計算傳感器觀測視線與地球表面交點時不需要多次迭代聯立求解共線方程和變高橢球面方程，利用傳感器觀測視線在大地坐標系下位置與地表的高程位置進行比較，計算獲得傳感器觀測視線與地球表面交點。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案步驟實現：

步驟1：基于實驗室測定的傳感器安裝矩陣以及衛星或飛機的GPS數據等輔助數據得到傳感器投影中心在某一時刻在WGS84空間直角坐標下的坐標和傳感器的觀測視線指向根據影像的范圍獲取對應地區的高程數據，并得到區域的最低高程值h₁和最高高程h₂，基于傳感器投影中心坐標(x,y,z)_wgs84和觀測視線指向(m,n,q)_wgs84計算高程h_a＝h₁+h_s和h_b＝h₂-h_s對應的橢球體與傳感器視線的交點和具體如下：

其中·為點積，是哈達馬積(Hadamard product)，‖‖是矢量的模，a_wgs84和b_wgs84分別為WGS84橢球體的長半軸和短半軸。