[发明专利]一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法

说明书

本发明涉及一种相机的几何定标方法，特别涉及一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法，属于航空航天领域。本发明采用偏置矩阵补偿面阵相机安装误差和姿轨测量系统误差；根据偏置矩阵补偿面阵相机主点主距误差、光学镜头畸变等建立了内方位元素系统误差补偿模型，实现偏置矩阵补偿面阵相机的高精度几何定标；本发明基于影像模拟技术，能够消除卫星影像与控制影像间成像复杂变形，保障配准控制点精度。且采用偏置矩阵统一补偿线角元素误差，克服参数相关性对平差求解的影响。

技术领域

本发明涉及一种相机的几何定标方法，特别涉及一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法，属于航空航天领域。

背景技术

经过30多年的发展，我国航天技术取得了巨大进步，已形成资源、气象、海洋、环境等构成的对地观测遥感卫星体系。特别是在“高分辨率对地观测系统”国家科技重大专项建设的推动下，通过在平台传感器研制、多星组网、地面数据处理等方面的创新，我国遥感卫星的空间分辨率、时间分辨率、数据质量大幅提升，为我国现代农业、防灾减灾、资源环境、公共安全等重要领域提供了信息服务和决策支持。随着遥感应用的深入，应用需求已从定期的静态普查向实时动态监测方向发展，利用卫星对全球热点区域和目标进行持续监测，获取动态信息已经成为迫切需求。

卫星在发射过程受到应力释放的影响，在轨运行后温热等物理环境变化剧烈，这些因素都会使卫星成像几何参数发生变化，如相机安装矩阵、相机主点主距，最终降低卫星几何定位精度。资源三号卫星发射以来，针对卫星的几何精度提深工作取得了丰厚的成果。但是对现役在轨卫星的几何检校依然未顾及国产线阵推扫光学卫星成像平台特征，导致几何检校过程对高精度控制数据存在严重依赖，尤其是内方位元素定标，这就致使大量数据的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法，该方法基于高精度配准控制点实现卫星面阵相机几何定标，避免系统误差对视频卫星几何定标精度的影像，提升卫星几何定位精度，对保障卫星在动态观测领域的应用效果具有十分重要的意义。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法，采用偏置矩阵补偿面阵相机安装误差和姿轨测量系统误差；根据偏置矩阵补偿面阵相机主点主距误差、光学镜头畸变等建立了内方位元素系统误差补偿模型，实现偏置矩阵补偿面阵相机的高精度几何定标。

本发明公开的一种星载推扫式光学传感器内方位元素定标方法，包括如下步骤：

步骤1，利用星载推扫式光学传感器内方位元素和姿态轨道，结合卫星影像对应区域的高精度数字高程模型(DEM)，构建严密几何成像模型，对卫星影像对应的高精度数字正射影像(DOM)进行重投影，生成一副与卫星影像相同大小的模拟影像，其中，DOM与DEM数据几何定标场通过航空摄影测量的方式获得；

步骤1.1，利用卫星发射前测量的面阵相机内方位元素和卫星的姿态轨道，卫星影像对应区域的高精度DEM数据，构建严密几何成像模型如下，

式(1)中，为像点对应的地物点在WGS84坐标系下的地面坐标，为成像时刻卫星在WGS84坐标系下的坐标，为成像时刻J2000坐标系与WGS84坐标系的转换矩阵，为成像时刻卫星本体坐标系与J2000坐标系的转换矩阵，R_U为外定标参数，为相机坐标系与卫星本体坐标系的转换矩阵，m为成像比例，表示WGS84坐标系与相机坐标系间尺度的比例系数，为像点在相机坐标系下的坐标，其中(x,y)为卫星影像任意像点的像空间坐标，(x₀,y₀)为主点，f为主距，(Δx,Δy)为相机畸变；

步骤1.2，将卫星影像上的任一个像素，通过步骤1.1构建的严密几何成像模型对应关系求解像素对应的地面坐标，并按地图投影转换公式将地面坐标转换到高精度DOM的投影坐标系下；