[发明专利]一种传感器观测视线与地球表面交点的计算方法

说明书

本发明公开了一种传感器观测视线与地球表面交点的计算方法，在大地坐标系下计算传感器观测视线与地球表面交点。本发明相对于现有技术的优势在于：首先，本发明不需要进行多次迭代计算联立求解共线方程和变高椭球面方程，避免了联立方程迭代求解的问题；其次，本发明在大地坐标系下进行计算，几何意义明确，在复杂地形条件下可以很好的应用。本发明计算效率高、实施方便、结果直观明了，在传感器几何定位、遥感影像校正等应用领域具有实用价值和广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于对地观测技术领域，涉及一种传感器观测视线与地球表面交点的计算方法。

背景技术

二十一世纪以来，随着航空、航天技术的发展，利用搭载于飞机、卫星等平台上的光学传感器对地球进行观测，获得的遥感影像已经在全球变化、国土资源、灾害监测等方面获得了广泛的应用。为了从遥感影像获得准确的地面信息，首先需要得到遥感影像各个像元对应的地面目标，目标的位置的准确程度直接决定了获取信息的精度。一般而言，传感器经过严格的实验室标定和在轨定标，其几何成像参数相对固定，但是对于复杂地形条件、大视角情况下由于地形的起伏会造成传感器视线方向与地表存在多个交点，如何准确获得遥感像元对应的实际地物目标是获得地物信息的关键。

计算传感器观测视线与地球表面交点，目前主要的使用较多的是在地心地固空间直角坐标系下进行计算，例如Rupter等人2002年在ISPRS会议论文“A program for directgeoreferencing of airborne and spaceborne line scanner images”中、2015年胡堃在“一种大倾角敏捷成像卫星影像的直接定位方法”一文、王密等人在CN106403902A中均设计了通过迭代在空间直角坐标系下解算传感器观测视线与地球表面交点的方法，在迭代过程中需要多次进行共线方程和变高椭球面方程联立求解，迭代求解的方法与迭代起始条件有关，在地形复杂的地区有时候会出现局部最优而非全局最优结果；另外一种是在大地坐标系下进行计算，Karshoglu等人2006年在ISPRS会议论文“Orthorectification ofMonoscopicImages by a New Differential Image Rectification Method”设计了一种在大地坐标系下通过迭代求解交点的方法，这个方法中假定了大地坐标系下视线的天顶角和椭球体参数是常数，这是一个宽松的假定，因为空间直角坐标系下视线方程为直线，变换到大地坐标系后一般情况下并不是直线。

发明内容

本发明主要建立了一种在大地坐标系下计算传感器观测视线与地球表面交点的方法。本发明在计算传感器观测视线与地球表面交点时不需要多次迭代联立求解共线方程和变高椭球面方程，利用传感器观测视线在大地坐标系下位置与地表的高程位置进行比较，计算获得传感器观测视线与地球表面交点。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案步骤实现：

步骤1：基于实验室测定的传感器安装矩阵以及卫星或飞机的GPS数据等辅助数据得到传感器投影中心在某一时刻在WGS84空间直角坐标下的坐标和传感器的观测视线指向根据影像的范围获取对应地区的高程数据，并得到区域的最低高程值h₁和最高高程h₂，基于传感器投影中心坐标(x,y,z)_wgs84和观测视线指向(m,n,q)_wgs84计算高程h_a＝h₁+h_s和h_b＝h₂-h_s对应的椭球体与传感器视线的交点和具体如下：

其中·为点积，是哈达马积(Hadamard product)，‖‖是矢量的模，a_wgs84和b_wgs84分别为WGS84椭球体的长半轴和短半轴。