[发明专利]一种基于单景高分辨率光学遥感图像估算飞机速度的方法

摘要

本发明公开了一种基于单景高分辨率光学遥感图像估算飞机速度的方法，由于该算法测量运动参数的原理不是利用不同传感器成像时间的间隔，因此广泛适用于采用推扫式线阵传感器采集图像的高分辨率光学遥感卫星，特别是仅仅采用一种波段传感器的遥感卫星，例如WorldView‑1等；另外，该算法将飞机的运动方向以方向向量的形式求得，并不要求飞机的实际飞行方向与卫星运动方向一致或相反。该算法并不要求知道飞机上特征点确切的空间位置，只需要知道特征点之间相对的位置即可，也就是说只要知道飞机上特征点之间成像的时间间隔和飞机的几何参数，就可以给出飞机的运动参数估计，需要的信息量少。

主权项

1.一种飞机速度估算方法，其特征在于，采用卫星搭载配置有线阵传感器的相机对飞机进行推扫式光学成像，利用获得的影像估计飞机飞行速度，具体包括如下步骤：步骤1、定义像空间坐标系o‑xyz，坐标系原点o为相机摄影中心，坐标系的x轴和y轴分别垂直和平行于线阵传感器平面，坐标系的z轴沿着相机线阵传感器主光轴的方向；定义地面坐标系O‑XYZ作为摄影测量坐标系，取飞机第一次被拍摄到时卫星的星下点作为摄影测量坐标系O‑XYZ的坐标原点O，Z轴沿着从星下点到卫星的方向，X轴沿着卫星扫描的方向，Y轴根据右手螺旋定则确定；步骤2、依据线阵传感器的成像模型变换得到飞机上特征点在像空间坐标系中的成像关系方程：0＝a1(X‑Vst)+b1Y+c1(Z‑Hs)   (5)其中，(X,Y,Z)表示飞机上任意一点在摄影测量坐标系O‑XYZ中的坐标，f为相机成像焦距,(0,y,‑f)表示(X,Y,Z)在像空间坐标系o‑xyz中对应的坐标；Vs表示卫星的地面扫描速度，Hs为卫星与星下点之间的距离；Z远小于Hs，近似为0；t表示飞机上任意一点被线阵传感器扫描到的时间；ai,bi,ci，i＝1,2,3为坐标系O‑XYZ与坐标系o‑xyz之间旋转矩阵R的元素：步骤3、在飞机上选取至少三个特征点；确定各个特征点在零时刻时在地面摄影测量坐标系中的初始坐标，以及每个特征点被线阵传感器扫描到的时间t，各特征点在被扫描到时的坐标值；最后将每个特征点被扫描到时的坐标、被扫描到的时间t以及Vs分别代入到公式(5)中，建立方程组；其中，每一个特征点对应的方程为：a1(X+Vxt‑Vst)+b1(Y+Vyt)‑c1Hs＝0；其中，X为零时刻X轴坐标，Vx表示线阵传感器沿X轴方向扫描速度，Vxt为特征点从零时刻到t时刻在X轴的运动距离；X+Vxt‑Vst为特征点被扫描到时的坐标；Y表示特征点在Y轴的初始坐标，Vy表示线阵传感器沿Y轴方向扫描速度；步骤4、在摄影测量坐标系O‑XYZ中，用单位方向向量(m,n)来表示飞机的飞行方向；利用单位方向向量(m,n)表示各个特征点之间的相对位置关系，对步骤3得到的所述方程组进行化简，得到包含有方向向量(m,n)、Vx以及Vy为未知数的方程组；步骤5、根据飞机的实际飞行方向判断m的正负，然后依据方向向量(m,n)的约束条件m2+n2＝1，求解步骤4获得的方程组，由此得到单位方向向量m、n、Vx以及Vy的值；利用Vx和Vy求解飞机的飞行速度大小v；步骤6、飞机的飞行方向用方向角来表示，定义为飞机的中轴线与X轴方向的夹角