[发明专利]特定拍摄条件下的在轨外方位元素自检校方法及系统

权利要求书

1.一种特定拍摄条件下的在轨外方位元素自检校方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对两景影像分别利用卫星的内方位元素、姿态轨道、扫描帧时和影像对应区域的高精度数字高程模型DEM构建严密几何成像模型；

步骤2，针对偏航角相差180°的两景影像，基于灰度进行匹配，获取配准点；

步骤3，根据两次影像几何定位误差大小相近、方向相反的特点，结合步骤2所得两景影像和步骤1所建立的严密几何成像模型，将配准点转换为控制点，利用控制点实现外方位元素自检校。

2.如权利要求1所述的特定拍摄条件下的在轨外方位元素自检校方法，其特征在于：步骤1实现如下，

利用卫星发射前测量的相机内方位元素，卫星的姿态轨道、扫描帧时，结合高精度DEM数据，构建严密几何成像模型如下，

式中，

为像点对应的地物点在WGS84坐标系下的地面坐标，

为成像时刻卫星在WGS84坐标系下的坐标；

为成像时刻J2000坐标系与WGS84坐标系的转换矩阵；

为成像时刻卫星本体坐标系与J2000坐标系的转换矩阵；

R_U为外定标参数，为相机坐标系与卫星本体坐标系的转换矩阵；

m为成像比例，表示WGS84坐标系与相机坐标系间尺度的比例系数；

[Dx Dy Dz]^T、[dx dy dz]^T分别为GPS相位中心在本体坐标系中的偏移及相机坐标系相对本体坐标系的原点偏移；

(x₀,y₀,f)为主点、主距表示的内方位元素；

(x,y)为卫星影像任意像点的像空间坐标。

3.如权利要求2所述的特定拍摄条件下的在轨外方位元素自检校方法，其特征在于：步骤2所述偏航角相差180°的两景影像，获取方式为，敏捷卫星快速机动在短时间内两次扫描同一区域，保持两次扫描的卫星侧摆、俯仰角相近而偏航角相差180°，所得两景影像基本呈镜像模式。

4.如权利要求3所述的特定拍摄条件下的在轨外方位元素自检校方法，其特征在于：所述步骤3实现如下，

设从两景影像上获取同名点对(x_l,y_l)和(x_r,y_r)，基于几何定位模型分别求取两点的物方坐标(X_l,Y_l,Z_l)和(X_r,Y_r,Z_r)，

(X_l,Y_l,Z_l)＝f(Pos_s_l,Att_s_l,x_l,y_l,h_l)

(X_r,Y_r,Z_r)＝f(Pos_s_r,Att_s_r,x_r,y_r,h_r)

其中，f()表示几何定位模型，Pos_s_l,Att_s_l表示卫星的GPS测量位置以及姿态，(x_l,y_l,h_l)和(x_r,y_r,h_r)表示同名点对(x_l,y_l)和(x_r,y_r)在相机坐标系下的坐标；

根据姿态误差特性有，

(X_l,Y_l,Z_l)＝(X_l,Y_l,Z_l)_true+(ΔX,ΔY,ΔZ)

(X_r,Y_r,Z_r)＝(X_r,Y_r,Z_r)_true-(ΔX,ΔY,ΔZ)

式中(X_l,Y_l,Z_l)_true和(X_r,Y_r,Z_r)_true分别为(x_l,y_l)和(x_r,y_r)的地面坐标真值，且由于(x_l,y_l)和(x_r,y_r)为同名点，则(X_l,Y_l,Z_l)_true＝(X_r,Y_r,Z_r)_true；(ΔX,ΔY,ΔZ)为定位误差；

忽略高程影响，同名点对(x_l,y_l)和(x_r,y_r)的真实地面坐标为，

将轨道位置误差等效为姿态角误差，直接采用偏置矩阵进行统一补偿，修正真实光线指向与带误差光线指向间的偏差；根据获取的检校控制点解求下式中组成偏置矩阵的三个偏置角ω_u、κ_u，补偿外方位元素误差，

严密几何成像模型变换为，

记

其中，是由像方坐标确定的光线本体系下的指向，是由地面点坐标确定的光线本体系下的指向；

展开有：

构建观测方程：

f_x，f_y表示观测函数；

列出误差方程，利用最小二乘原理计算出偏置矩阵三个角元素，从而求解出偏置矩阵。