[發明專利]一種基于單景高分辨率光學遙感圖像估算飛機速度的方法

在審

• 申請號: 201810539015.3
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108663535A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 趙竹新;楊利峰;宛東生;趙紀金;趙博威;蔣巧文;王海強
• 申請（專利權）人: 北京市遙感信息研究所
• 主分類號: G01P3/68
• 分類號: G01P3/68
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

1.一種飛機速度估算方法，其特征在于，采用衛星搭載配置有線陣傳感器的相機對飛機進行推掃式光學成像，利用獲得的影像估計飛機飛行速度，具體包括如下步驟：

步驟1、定義像空間坐標系o-xyz，坐標系原點o為相機攝影中心，坐標系的x軸和y軸分別垂直和平行于線陣傳感器平面，坐標系的z軸沿著相機線陣傳感器主光軸的方向；定義地面坐標系O-XYZ作為攝影測量坐標系，取飛機第一次被拍攝到時衛星的星下點作為攝影測量坐標系O-XYZ的坐標原點O，Z軸沿著從星下點到衛星的方向，X軸沿著衛星掃描的方向，Y軸根據右手螺旋定則確定；

步驟2、依據線陣傳感器的成像模型變換得到飛機上特征點在像空間坐標系中的成像關系方程：

0＝a₁(X-V_st)+b₁Y+c₁(Z-H_s) (5)

其中，(X,Y,Z)表示飛機上任意一點在攝影測量坐標系O-XYZ中的坐標，f為相機成像焦距,(0,y,-f)表示(X,Y,Z)在像空間坐標系o-xyz中對應的坐標；V_s表示衛星的地面掃描速度，H_s為衛星與星下點之間的距離；Z遠小于H_s，近似為0；t表示飛機上任意一點被線陣傳感器掃描到的時間；a_i,b_i,c_i，i＝1,2,3為坐標系O-XYZ與坐標系o-xyz之間旋轉矩陣R的元素：

步驟3、在飛機上選取至少三個特征點；確定各個特征點在零時刻時在地面攝影測量坐標系中的初始坐標，以及每個特征點被線陣傳感器掃描到的時間t，各特征點在被掃描到時的坐標值；最后將每個特征點被掃描到時的坐標、被掃描到的時間t以及V_s分別代入到公式(5)中，建立方程組；其中，每一個特征點對應的方程為：a₁(X+V_xt-V_st)+b₁(Y+V_yt)-c₁H_s＝0；其中，X為零時刻X軸坐標，V_x表示線陣傳感器沿X軸方向掃描速度，V_xt為特征點從零時刻到t時刻在X軸的運動距離；X+V_xt-V_st為特征點被掃描到時的坐標；Y表示特征點在Y軸的初始坐標，V_y表示線陣傳感器沿Y軸方向掃描速度；

步驟4、在攝影測量坐標系O-XYZ中，用單位方向向量(m,n)來表示飛機的飛行方向；利用單位方向向量(m,n)表示各個特征點之間的相對位置關系，對步驟3得到的所述方程組進行化簡，得到包含有方向向量(m,n)、V_x以及V_y為未知數的方程組；

步驟5、根據飛機的實際飛行方向判斷m的正負，然后依據方向向量(m,n)的約束條件m²+n²＝1，求解步驟4獲得的方程組，由此得到單位方向向量m、n、V_x以及V_y的值；利用V_x和V_y求解飛機的飛行速度大小v；

步驟6、飛機的飛行方向用方向角來表示，定義為飛機的中軸線與X軸方向的夾角

2.如權利要求1所述的飛機速度估算方法，其特征在于，所述特征點被線陣傳感器掃描到的時間t根據線陣傳感器掃描頻率以及掃描方向上特征點之間的像素覆蓋數求得。

3.如權利要求1或2所述的飛機速度估算方法，其特征在于，所述特征點取4個；分別為機頭、機尾以及兩個機翼的端點。