CN114383632A - 一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法，属于遥感卫星星上处理技术领域，该方法先提取遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标作为该目标位置坐标，提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标，确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差，再根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差；之后评估第一数据集的定位精度，实现了利用同一颗遥感卫星已知目标定位精度的地面处理数据对未知定位精度的星上处理目标切片数据，基于相同目标点误差的定位精度评估，用于遥感卫星星上处理切片数据的目标定位精度快速自动评估。

Description

一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法

技术领域

本申请属于遥感卫星星上处理技术领域，尤其涉及一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法。

背景技术

遥感卫星技术快速发展，星上处理及应用逐步深入，带有星上处理能力的遥感卫星发射数量持续增多，发射后要求快速投入使用，需要对遥感卫星星上处理切片数据的目标定位精度进行快速评估与验证。

相关技术中，评估遥感卫星图像的目标定位精度，一般选取若干幅图像，计算地标点的地理位置，然后把计算出的地标点位置与实际位置相比较，得到位置误差值的均方根即为目标定位精度。

然而上述方法对于星上处理目标切片数据的目标定位精度评估，存在依赖控制点数据、目标切片数据样本数量不稳定、无法实现自动评估等问题，难以实现遥感卫星星上处理切片数据的目标定位精度快速自动评估。

发明内容

为了解决相关技术无法实现遥感卫星星上处理切片数据的目标定位精度快速自动评估的问题，本发明提供一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法，所述技术方案如下：

本发明提供一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法，所述方法包括：

提取遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标；

将提取的目标切片中心点坐标作为该目标位置坐标，并形成第一数据集；

提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标，形成第二数据集，第二数据集的定位精度是已知的；

确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差；

根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差；

根据第二数据集的定位精度和均根误差，评估第一数据集的定位精度，第一数据集的定位精度为星上处理目标定位精度。

其中，确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差，包括：

根据第一数据集和第二数据集，计算目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的坐标经度误差和坐标纬度误差；

将坐标经度误差和坐标纬度误差转化为对应的坐标长度误差；

根据光学遥感卫星与目标的相对位置关系，以及坐标长度误差，计算目标切片中心点的点位误差及方位角；

将目标切片中心点的点位误差沿卫星飞行方向和垂直卫星飞行方向进行分解，得到纵向偏差和横向偏差；

计算选取的n个目标切片中心点的纵向偏差和横向偏差的平均值，得到纵向误差和横向误差，n大于1。

其中，第二数据集的定位精度是卫星在轨性能鉴定试验或在轨测试期间通过地面测试得到的。

其中，计算目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的坐标经度误差Δλ_i和坐标纬度误差Δφ_i的计算公式为：

目标切片中心点坐标包括经度λ_Yi和纬度φ_Yi，目标中心点坐标包括经度λ_Xi和纬度φ_Xi，i∈[1,n]。

其中，将坐标经度误差和坐标纬度误差转化为对应的坐标长度误差的计算公式为：

R_e为地球平均半径，

为坐标经度误差的坐标长度误差，

为坐标纬度误差的坐标长度误差。

其中，根据光学遥感卫星与目标的相对位置关系，以及坐标长度误差，计算目标切片中心点的点位误差ΔE_i及方位角A_i的计算公式为：

其中，将目标切片中心点的点位误差沿卫星飞行方向和垂直卫星飞行方向进行分解，得到纵向偏差ΔE_Vi和横向偏差ΔE_Hi的计算公式为：

α为成像时卫星偏航角，β为星下点轨迹与正北方向夹角。

其中，计算选取的n个目标切片中心点的纵向偏差和横向偏差的平均值的计算公式为：

ΔE_H为纵向误差，ΔE_V为横向误差。

本发明的有益效果是：

先提取遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标作为该目标位置坐标，提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标，确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差，再根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差；之后评估第一数据集的定位精度，实现了利用同一颗遥感卫星已知目标定位精度的地面处理数据对未知定位精度的星上处理目标切片数据，基于相同目标点误差的定位精度评估。实现了遥感卫星星上处理切片数据的目标定位精度快速自动评估。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式和附图对本申请作进一步详细说明。

在评定光学遥感卫星的目标定位精度时，一般从若干景图像上选择典型地标点，计算对应地理位置，然后把该地标点位置与实际坐标位置进行对比，得到位置误差值的均方根，从而得到目标定位精度。当已知光学遥感卫星的目标定位精度时，需要对星上处理目标切片的定位精度进行评估时，可以直接利用同时获取的卫星数据，在地面处理的结果与星上处理的结果，基于相同目标点位置，利用误差关系计算得到星上处理目标定位精度。

请参见图1，图中示出的是一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法流程图，包括以下步骤：

步骤110、提取遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标。

步骤120、将提取的目标切片中心点坐标作为该目标位置坐标，并形成第一数据集。

第一数据集为待评估定位精度的星上处理目标切片数据集。本实施例将提取的遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标y_i作为该目标位置坐标，形成的第一数据集为Y，y_i∈Y。

y_i表示第一数据集为Y中目标中心点地理坐标数据，包括经度λ_Yi和纬度φ_Yi。

步骤130、提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标，形成第二数据集。

第二数据集为已知定位精度的地面处理目标数据集。

提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标x_i，形成的第二数据集为X，x_i∈X。

x_i表示第二数据集为X中目标中心点地理坐标数据，包括经度λ_Xi和纬度φ_Xi。

第二数据集X的定位精度σ₁是已知的，该定位精度是卫星在轨性能鉴定试验或在轨测试期间通过地面测试得到的。

步骤140、确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差。

确定目标切片中心点坐标y_i与目标中心点坐标x_i的纵向误差ΔE_H和横向误差ΔE_V。

步骤140具体可包括：

1)根据第一数据集Y和第二数据集X，计算目标切片中心点坐标y_i与目标中心点坐标x_i的坐标经度误差和坐标纬度误差：

2)将坐标经度误差和坐标纬度误差转化为对应的坐标长度误差，即：

其中，R_e为地球平均半径，坐标经度误差和坐标纬度误差均为弧度。

为坐标经度误差的坐标长度误差，

为坐标纬度误差的坐标长度误差。

3)根据光学遥感卫星与目标的相对位置关系，以及坐标长度误差，计算目标切片中心点的点位误差ΔE_i及方位角A_i，即：

其中，A_i的象限根据经纬度误差具体确定。

4)将目标切片中心点的点位误差ΔE_i沿卫星飞行方向和垂直卫星飞行方向进行分解，得到纵向偏差和横向偏差：

其中，ΔE_Vi为纵向偏差，ΔE_Hi为横向偏差，α为成像时卫星偏航角，β为星下点轨迹与正北方向夹角。

5)计算选取的n个目标切片中心点的纵向偏差和横向偏差的平均值，并将该平均值作为该数据的纵向误差ΔE_H和横向误差ΔE_V，即：

其中，n为目标切片中心点的个数。

步骤150、根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差。

根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差

步骤160、根据第二数据集的定位精度和均根误差，评估第一数据集的定位精度，第一数据集的定位精度为星上处理目标定位精度。

利用第二数据集X的定位精度σ₁，评估第一数据集为Y的定位精度σ₂＝σ₁+Δσ，即得到了星上处理目标定位精度。

本发明提供一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法，提取遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标作为该目标位置坐标，并形成第一数据集，提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标，形成第二数据集；确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差；再根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差；最后根据第二数据集的定位精度和均根误差，评估第一数据集的定位精度。实现了利用同一颗遥感卫星已知目标定位精度的地面处理数据对未知定位精度的星上处理目标切片数据，基于相同目标点误差的定位精度评估，解决了依赖控制点数据、目标切片数据样本数量不稳定、无法实现自动评估等问题，能够实现遥感卫星星上处理切片数据的目标定位精度快速自动评估。

本发明还提供一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估装置，该装置包括：提取模块210、确定模块220和评估模块230，

提取模块210，用于提取遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标；

确定模块220，用于将提取的目标切片中心点坐标作为该目标位置坐标，并形成第一数据集。

第一数据集为待评估定位精度的星上处理目标切片数据集。本实施例将提取的遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标y_i作为该目标位置坐标，形成的第一数据集为Y，y_i∈Y。

y_i表示第一数据集为Y中目标中心点地理坐标数据，包括经度λ_Yi和纬度φ_Yi。

提取模块210，还用于提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标，形成第二数据集。

第二数据集为已知定位精度的地面处理目标数据集。

提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标x_i，形成的第二数据集为X，x_i∈X。

x_i表示第二数据集为X中目标中心点地理坐标数据，包括经度λ_Xi和纬度φ_Xi。

第二数据集X的定位精度σ₁是已知的，该定位精度是卫星在轨性能鉴定试验或在轨测试期间通过地面测试得到的。

确定模块220，还用于确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差。

确定目标切片中心点坐标y_i与目标中心点坐标x_i的纵向误差ΔE_H和横向误差ΔE_V。

确定模块220确定纵向误差和横向误差的过程可包括：

1)根据第一数据集Y和第二数据集X，计算目标切片中心点坐标y_i与目标中心点坐标x_i的坐标经度误差和坐标纬度误差：

2)将坐标经度误差和坐标纬度误差转化为坐标长度误差，即：

其中，R_e为地球平均半径，坐标经度误差和坐标纬度误差均为弧度。

3)根据光学遥感卫星与目标的相对位置关系，以及坐标长度误差，计算目标切片中心点的点位误差ΔE_i及方位角A_i，即：

其中，A_i的象限根据经纬度误差具体确定。

4)将目标切片中心点的点位误差ΔE_i沿卫星飞行方向和垂直卫星飞行方向进行分解，得到纵向偏差和横向偏差：

其中，ΔE_Vi为纵向偏差，ΔE_Hi为横向偏差，α为成像时卫星偏航角，β为星下点轨迹与正北方向夹角。

5)计算选取的n个目标切片中心点的纵向偏差和横向偏差的平均值，并将该平均值作为该数据的纵向误差ΔE_H和横向误差ΔE_V，即：

其中，n为目标切片中心点的个数。

确定模块220，还用于根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差。

确定模块220根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差

评估模块230，用于根据第二数据集的定位精度和均根误差，评估第一数据集的定位精度，第一数据集的定位精度为星上处理目标定位精度。

评估模块230利用第二数据集X的定位精度σ₁，评估第一数据集为Y的定位精度σ₂＝σ₁+Δσ，即得到了星上处理目标定位精度。

本发明提供一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估装置，提取模块提取遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标，确定模块将目标切片中心点坐标作为该目标位置坐标并形成第一数据集，提取模块提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标并形成第二数据集；确定模块确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差；确定模块根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差；评估模块根据第二数据集的定位精度和均根误差，评估第一数据集的定位精度。实现了利用同一颗遥感卫星已知目标定位精度的地面处理数据对未知定位精度的星上处理目标切片数据，基于相同目标点误差的定位精度评估，解决了依赖控制点数据、目标切片数据样本数量不稳定、无法实现自动评估等问题，能够实现遥感卫星星上处理切片数据的目标定位精度快速自动评估。

本发明还提供一种光学星上处理目标定位精度评估装置，包括处理器和存储器，所述处理器被配置为执行所述存储器中存储的指令，所述处理器通过执行所述指令来实现如图1所示的评估方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机的处理组件上运行时，使得所述处理组件执行如图1所示的评估方法。

本发明还提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行如图1所示的评估方法。

以上仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于均方误差的光学星上处理目标定位精度评估方法，其特征在于，所述方法包括：

提取遥感卫星星上处理目标切片中心点坐标；

将提取的目标切片中心点坐标作为该目标位置坐标，并形成第一数据集；

提取同一颗遥感卫星同时获取的地面处理相同目标中心点坐标，形成第二数据集，第二数据集的定位精度是已知的；

确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差；

根据星上处理目标切片与同时获取的相应地面处理目标为同一目标的关系，确定纵向误差和横向误差的均根误差；

根据第二数据集的定位精度和均根误差，评估第一数据集的定位精度，第一数据集的定位精度为星上处理目标定位精度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的纵向误差和横向误差，包括：

根据第一数据集和第二数据集，计算目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的坐标经度误差和坐标纬度误差；

将坐标经度误差和坐标纬度误差转化为对应的坐标长度误差；

根据光学遥感卫星与目标的相对位置关系，以及坐标长度误差，计算目标切片中心点的点位误差及方位角；

将目标切片中心点的点位误差沿卫星飞行方向和垂直卫星飞行方向进行分解，得到纵向偏差和横向偏差；

计算选取的n个目标切片中心点的纵向偏差和横向偏差的平均值，得到纵向误差和横向误差，n大于1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二数据集的定位精度是卫星在轨性能鉴定试验或在轨测试期间通过地面测试得到的。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算目标切片中心点坐标与目标中心点坐标的坐标经度误差Δλ_i和坐标纬度误差Δφ_i的计算公式为：

目标切片中心点坐标包括经度λ_Yi和纬度φ_Yi，目标中心点坐标包括经度λ_Xi和纬度φ_Xi，i∈[1,n]。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将坐标经度误差和坐标纬度误差转化为对应的坐标长度误差的计算公式为：

R_e为地球平均半径，

为坐标经度误差的坐标长度误差，

为坐标纬度误差的坐标长度误差。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据光学遥感卫星与目标的相对位置关系，以及坐标长度误差，计算目标切片中心点的点位误差ΔE_i及方位角A_i的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将目标切片中心点的点位误差沿卫星飞行方向和垂直卫星飞行方向进行分解，得到纵向偏差ΔE_Vi和横向偏差ΔE_Hi的计算公式为：

α为成像时卫星偏航角，β为星下点轨迹与正北方向夹角。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，计算选取的n个目标切片中心点的纵向偏差和横向偏差的平均值的计算公式为：

ΔE_H为纵向误差，ΔE_V为横向误差。

Images