[发明专利]一种光学卫星影像的几何定位方法及装置

说明书

本发明涉及一种光学卫星影像的几何定位方法及装置，属于卫星成像定位技术领域。本发明采用虚拟外方位元素描述卫星数据的成像几何关系，通过连接点和控制点在大地坐标系下的视线向量以及卫星运行的轨道高度值确定虚拟外方位元素，通过在误差源空间建立改正模型的方式来进行系统误差补偿，避免了目前只能针对窄视场角相机数据的使用限制，提高了大视场角、大姿态角误差以及弱交会角等复杂成像环境下光学卫星数据的几何定位精度。

技术领域

本发明涉及一种光学卫星影像的几何定位方法及装置，属于卫星成像定位技术领域。

背景技术

现阶段，光学卫星影像几何定位通常基于有理函数模型进行，而目前提升有理函数模型定位精度比较有效可行的方法是建立像方或者物方的系统误差补偿模型，在此基础上构建原始有理函数模型的误差方程，然后利用一定数量控制点对误差方程进行求解后得到系统误差补偿参数，将系统误差补偿参数应用于原始有理函数模型进行补偿，得到修正后的有理函数模型，从而实现影像定位精度的提升。

现有的系统误差补偿方法基本都是在有理函数模型基础上建立像方或者物方的附加参数模型。不管附加参数模型形式如何，其本质都是对系统误差产生的结果进行近似拟合，对有理函数模型进行附加参数修正。这种从系统误差结果的角度进行补偿的方法存在技术短板，当残差情况比较复杂时，不能对系统误差进行有效吸收。现有方法的建模空间只能选择在物方空间或者像方空间，由于内、外方位元素之间的强相关性，补偿模型仅仅是对窄视场相机(视场角小于5°)、平台轨道和姿态误差相对比较小(小于2″)的情况下的近似，现有的系统误差补偿方法只有在这种近似条件下才能取得比较理想的效果，对于大视场角、大姿态角误差以及弱交会角等复杂成像环境下，系统误差补偿效果不理想，导致定位精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学卫星影像的几何定位方法及装置，以解决目前光学卫星影像几何定位精度低的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种光学卫星影像的几何定位方法，该定位方法包括以下步骤：

1)获取光学卫星影像，对存在重叠区域的光学卫星影像进行连接点提取；

2)根据连接点的像素坐标、每幅影像上的控制点的像素坐标以及给定的高程值计算通过各点的成像光线在大地坐标系下的视线向量；

3)根据视线向量和卫星运行的轨道高度值建立物方空间和摄影空间之间的位置关系，确定虚拟外方位元素；

4)构建观测条件方程和虚拟外方位元素的误差补偿模型，并根据观测条件方程和误差补偿模型建立区域网平差误差方程，求解该误差方程，得到外方位元素的误差补偿量，根据补偿后的外方位元素实现定位。

本发明还提供了一种光学卫星影像的几何定位装置，该定位装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明的光学卫星影像的几何定位方法。

本发明采用虚拟外方位元素描述卫星数据的成像几何关系，通过连接点和控制点在大地坐标系下的视线向量以及卫星运行的轨道高度值确定虚拟外方位元素，通过在误差源空间建立改正模型的方式来进行系统误差补偿，避免了目前只能针对窄视场角相机数据的使用限制，提高了大视场角、大姿态角误差以及弱交会角等复杂成像环境下光学卫星数据的几何定位精度。

进一步地，为了实现对连接点的提取，所述步骤1)采用SIFT的点特征提取算法进行连接点提取。

进一步地，所述步骤2)中通过各点的视线向量的确定过程如下：

A.获取任一控制点或连接点的像素坐标p(s,l)；

B.根据给定的两个不相等的高程值通过有理函数模型计算出对应地面点大地坐标，根据得到的地面点大地坐标计算通过像素坐标p(s,l)的成像光线在大地坐标系下的视线向量。