[发明专利]顾及光行差改正的卫星光学严格几何成像模型构建方法

说明书

本发明涉及顾及光行差改正的卫星光学载荷严格几何成像模型构建方法，包含以下步骤：根据成像时间从辅助数据中内插成像时刻的GPS天线的位置及该时刻的在J2000协议空间固定惯性坐标系统中的四元数姿态；根据成像时间计算WGS84地心直角坐标系到J2000坐标系的变换矩阵，根据四元数姿态计算从J2000坐标系到卫星本体坐标系的变换矩阵，根据相机安装角计算从星本体坐标系到相机坐标系的变换矩阵；分析光行差对于定位误差的影像机理，建立光行差改正矩阵；利用上述变换矩阵建立像点与物方点之间的对应关系，并建立顾及光行差该正的严格几何成像模型。本发明在几何模型中直接改正光行差，解决了卫星侧摆成像时由于光行差的影响存在的几何精度下降的问题。

技术领域

本发明属于遥感影像处理领域，涉及顾及光行差改正的卫星光学载荷严格几何成像模型构建方法。

背景技术

几何成像模型的构建是光学卫星几何处理的第一步，是后续一切几何应用及处理的基础，几何定标的模型的应用贯穿光学卫星影像几何预处理的全过程，从前期的几何定标，传感器校正到后面的RPC参数的生产均离不开严格几何定位模型，因此，模型构建的严密与否直接影响后续影像产品的几何质量。然而，随着光学卫星的敏捷能力的增强，越来越多的卫星可以实现大侧摆的成像，此时便发现这样一个现象，即卫星在下视成像时几何定位精度通常较高，而侧摆成像时则几何定位精度下降严重，且定位误差通常随着侧摆角的增大而增大。究其原因主要是因为对于敏捷卫星做几何处理时仍采用的是传统的非敏捷卫星的成像模型，而该模型并未考虑光行差对于定位精度的影响，对于非敏捷光学卫星，由于卫星生命周期内姿态都是平稳变化的，不会出现大侧摆成像的情况，因此，光行差近似为一常量，在几何定标时，光行差作为外参数将被引入到相机安装角中进行补偿，因此，对于非敏捷卫星光行差现象不容易发现。而对于敏捷卫星，在不同侧摆角下，光行差的值不同，由其引起的定位误差同样不同，因此会对影像的几何误差造成不利的影响。论文《卫星遥感图像严密几何定位的光行差校正》对光行差对于光学卫星几何定位精度的影响及改正方法做了一定的研究，但是该研究仅从光行差的定义出发，采用数据仿真的方法对光行差的影响及修正做了初步的研究，并未结合卫星的成像机理建立修正了光行差严格成像模型，因此，并不能有效的应用于实际的在轨处理中。

针对光行差的影响，考虑到在对地观测领域现有光行差研究的不足，本发明提出构建顾及光行差改正的卫星光学载荷严格几何成像模型。利用对地观测光学卫星的一些几何性质，对光行差模型进行合理的优化，并将通过一光行差改正矩阵将其引入到严格模型中进行修正，从而建立修正了光行差的严格几何成像模型。

发明内容

本发明所要解决的问题是在光学卫星载荷严格几何成像模型中直接修正光行差的问题。

本发明的技术方案为顾及光行差改正的卫星光学严格几何成像模型构建方法，包含以下步骤：

步骤1，对于任意时刻t获取的像点p，根据成像时刻t的时间计算轨道参数和姿态参数，其中轨道参数包括成像时刻卫星GPS天线在WGS84地心直角坐标系下的位置矢量和速度矢量，姿态参数为成像时刻在J2000协议空间固定惯性坐标系统中的四元数姿态(q₀,q₁,q₂,q₃)；

步骤2，根据成像时间计算WGS84地心直角坐标系到J2000坐标系的变换矩阵根据四元数姿态计算从J2000坐标系到卫星本体坐标系的变换矩阵根据相机安装角计算从星本体坐标系到相机坐标系的变换矩阵

步骤3，根据卫星真实光线传播向量与理论传播向量三者之间的共面关系建立光行差θ的改正矩阵R_Aber，包括如下子步骤，

步骤3.1，解算旋转轴向量，