CN111044076B - 基于参考底图的高分一号b卫星几何检校方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，属于卫星在轨运行期间的检校技术领域。本发明的方法能够明显提升影像的几何精度，整体效率高。本发明的方法中使用的均为数字信息或数据，采用自动匹配等算法实现几何标定处理，可实现全自动化几何检校，无需人工参与。

Description

基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法
技术领域
本发明涉及一种基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，属于卫星在轨运行期间的检校技术领域。
背景技术
对于一个卫星系统，虽然在发射之前都已经过相机的几何和辐射标定，但是由于发射过程中的震动和在轨运行环境的变化等因素的影响，卫星在轨运行时的相机参数一般都会发生变化，因此需要对相机的几何参数重新进行检校，从而提高其产品的定位精度。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术人工工作量大、检校速度慢的不足，提出基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，该方法为一种基于已有高精度参考底图，实现高分一号B卫星姿轨精化，从而提高卫星全色和多光谱影像的直接对地定位精度。
本发明的技术解决方案是：
基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，该方法基于高精度参考底图(DOM、DEM数据)，采用全自动匹配控制点匹配和单轨条带平差技术，对高分一号B卫星影像进行姿轨精化，提高影像的几何精度，可用于各种型号的卫星影，该方法的步骤包括：
步骤1，读取高分一号B卫星待检校影像，读取的待检校影像标记为参考数据A，读取影像范围内的参考数据DOM参考数据和DEM参考数据，读取的参考数据标记为参考数据B，并将待检校影像A和参考数据B进行图像匹配，比如进行图像灰度相关匹配，得到若干个像控点坐标，一般为几千到上万个；
步骤2，根据步骤1得到的若干个像控点坐标解算高分一号B卫星的严格成像模型中的姿态、轨道和行时；解算方法为：利用条带光束平差的方法进行解算；
步骤3，根据步骤2解算的姿态、轨道和行时，重新进行高分一号B卫星的严格成像模型构建，计算其精确地理坐标。
本发明具有如下优点：
(1)本发明的方法能够明显提升影像的几何精度，整体效率高。
(2)本发明的方法中使用的均为数字信息或数据，采用自动匹配等算法实现几何标定处理，可实现全自动化几何检校，无需人工参与。
附图说明
图1为控制点自动匹配结果的示意图，图中，每个小三角形均为匹配点；
图2为原始影像定位精度示意图，接边差为180米；
图3为姿轨精化效果示意图，接边差大幅减小为3米以内。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例
基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，该方法的步骤包括：
步骤1，读取高分一号B卫星待检校影像，读取的待检校影像标记为参考数据A，读取影像范围内的参考数据DOM参考数据和DEM参考数据，读取的参考数据标记为参考数据B，并将待检校影像A和参考数据B进行图像匹配，比如进行图像灰度相关匹配，得到若干个像控点坐标，如图1所示，一般为几千到上万个；
步骤2，根据步骤1得到的若干个像控点坐标解算高分一号B卫星的严格成像模型中的姿态、轨道和行时；原始影像定位精度如图2所示，解算方法为：利用条带光束平差的方法进行解算；
根据光学卫星影像严格几何成像模型：
Figure BDA0002313821460000031
上式中，(x,y)代表像点在相机焦平面上的坐标；f为相机主距；R代表影像的外方位角元素(pitch,roll,yaw)构成的姿态矩阵；λ为摄影比例系数；(Xg,Yg,Zg)和(Xo,Yo,Zo)分别表示地面点坐标和相机投影中心在空间中的位置坐标，即外方位线元素；下标i则代表影像号。在上式模型中，对各条带影像均引入姿态角改正数(dpi,dri,dyi)(i＝1,2,...,n)，如下式：
Figure BDA0002313821460000032
为了便于对方法的描述，将上式方程简写为如下形式：
Figure BDA0002313821460000033
假设整个区域网中有m个像控点Tj(Lj,Bj,Hj)，其中(j＝1,2....,m)，所有像控点在影像上的像点共有K个，记为pk(xk,yk)(k＝1,2,...,K)，对于第i个影像上像控点Tj(Lj,Bj,Hj)对应的像点pk(xk,yk)，可构建误差方程：
Figure BDA0002313821460000034
将上述误差方程写成矩阵形式：
Vk＝AkX+BkY-Lk Pk
其中：
Figure BDA0002313821460000035
Xi代表(Δpitchi,Δrolli,Δyawi)，Yj代表(ΔXgj,ΔYgj,ΔZgj)。
对所有像控点对应的像点均构建如上的误差方程式，并写成矩阵形式为：
V＝AX+BY-L P
其中：
Figure BDA0002313821460000041
根据最小二乘平差原理，对观测误差方程进行法化，可得到法方程如式所示：
Figure BDA0002313821460000042
均采用分块矩阵的处理方法进行参数求解。
步骤3，根据步骤2解算的姿态、轨道和行时，重新进行高分一号B卫星的严格成像模型构建，进而实现影像的高精度几何定位，检校后产品定位精度如图3所示；
Figure BDA0002313821460000043
式中，
Figure BDA0002313821460000044
为外化检校模型，pitch、roll、yaw分别为俯仰、翻滚以及偏航方向夹角，为外方位元素定标系数，是步骤2解算的参数；(Xg,Yg,Zg)与(Xgps,Ygps,Zgps)分别表示像点对应的物方点及GPS天线相位中心在WGS84坐标系下的坐标，是步骤2解算的参数；
Figure BDA0002313821460000045
分别代表WGS84坐标系到J2000坐标系的旋转矩阵、J2000坐标系到卫星本体坐标系的旋转矩阵、卫星本体坐标系到相机坐标系的旋转矩阵；(BX,BY,BZ)body代表从传感器投影中心到GPS天线相位中心的偏心矢量在卫星本体坐标系下的坐标；；(ψx(s),ψy(s))代表探元s在相机坐标系下的一元三次曲线探元指向角，s代表探元列号。内定标参数为XIC＝(a0,a1,a2,a3,b0,b1,b2,b3)，为一元三次曲线探元指向角内定标模型的系数，是已知量。
从而确定影像上每个像点在WGS84的地理坐标。
本文中所描述的具体实施示例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施示例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于该方法的步骤包括：
步骤1，读取高分一号B卫星待检校影像，读取的待检校影像标记为参考数据A，读取影像范围内的参考数据DOM参考数据和DEM参考数据，读取的参考数据标记为参考数据B，并将参考数据A和参考数据B进行图像匹配，得到若干个像控点坐标；
步骤2，根据步骤1得到的若干个像控点坐标解算高分一号B卫星的严格成像模型中的姿态、轨道和行时；
步骤3，根据步骤2解算得到的姿态、轨道和行时，重新进行高分一号B卫星的严格成像模型构建，得到精确地理坐标；
所述的步骤2中，严格成像模型为：
Figure FDA0003400171720000011
上式中，(x,y)代表像点在相机焦平面上的坐标；f为相机主距；R代表影像的外方位角元素(pitch,roll,yaw)构成的姿态矩阵；λ为摄影比例系数；(Xg,Yg,Zg)表示地面点坐标在空间中的位置坐标，即外方位线元素；下标i则代表影像号，在严格成像模型中，对各条带影像均引入姿态角改正数(dpi,dri,dyi)i＝1,2,...,n，如下式：
Figure FDA0003400171720000012
将上式方程简写为如下形式：
Figure FDA0003400171720000013
假设整个区域网中有m个像控点Tj(Lj,Bj,Hj)，其中j＝1,2....,m，所有像控点在影像上的像点共有K个，记为pk(xk,yk)k＝1,2,...,K，对于第i个影像上像控点Tj(Lj,Bj,Hj)对应的像点pk(xk,yk)，构建误差方程：
Figure FDA0003400171720000021
将上述误差方程写成矩阵形式：
Vk＝AkX+BkY-Lk Pk
其中：
Figure FDA0003400171720000022
Xi代表(Δpitchi，Δrolli，Δyawi)，Yj代表(ΔXgj，ΔYgj，ΔZgj)；
对所有像控点对应的像点均构建如上的误差方程式，并写成矩阵形式为：
V＝AX+BY-L P
其中：
Figure FDA0003400171720000023
根据最小二乘平差原理，对观测误差方程进行法化，得到法方程如式所示：
Figure FDA0003400171720000024
均采用分块矩阵的处理方法进行参数求解。
2.根据权利要求1所述的基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于：该方法基于高精度参考底图。
3.根据权利要求2所述的基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于：高精度参考底图包括DOM数据和DEM数据。
4.根据权利要求3所述的基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于：该方法采用全自动匹配控制点匹配和单轨条带平差技术，对高分一号B卫星影像进行姿轨精化。
5.根据权利要求4所述的基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于：该方法能够提高影像的几何精度，能够用于各种型号的卫星影像。
6.根据权利要求1所述的基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于：所述的步骤1中，将参考数据A和参考数据B进行图像匹配时进行图像灰度相关匹配。
7.根据权利要求1所述的基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于：所述的步骤1中，得到的若干个像控点坐标的数量为几千到上万个。
8.根据权利要求1所述的基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于：所述的步骤2中，解算方法为：利用条带光束平差的方法进行解算。
9.根据权利要求1所述的基于参考底图的高分一号B卫星几何检校方法，其特征在于：所述的步骤3中，重新构建严格成像模型：
Figure FDA0003400171720000031
式中，
Figure FDA0003400171720000032
为外化检校模型，pitch、roll、yaw分别为俯仰、翻滚以及偏航方向夹角，为外方位元素定标系数，(Xg,Yg,Zg)与(Xgps,Ygps,Zgps)分别表示像点对应的物方点及GPS天线相位中心在WGS84坐标系下的坐标，
Figure FDA0003400171720000033
Figure FDA0003400171720000034
分别代表WGS84坐标系到J2000坐标系的旋转矩阵、J2000坐标系到卫星本体坐标系的旋转矩阵、卫星本体坐标系到相机坐标系的旋转矩阵；(BX,BY,BZ)body代表从传感器投影中心到GPS天线相位中心的偏心矢量在卫星本体坐标系下的坐标；(ψx(s),ψy(s))代表探元s在相机坐标系下的一元三次曲线探元指向角，s代表探元列号；内定标参数为XIC＝(a0,a1,a2,a3,b0,b1,b2,b3)，为一元三次曲线探元指向角内定标模型的系数。
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