[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

说明书

本发明提供一种特定拍摄条件下的在轨外方位元素自检校方法及系统，包括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；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；根据两次影像几何定位误差大小相近、方向相反的特点，结合两景影像和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。与现有技术相比，本发明在无需地面控制点条件下消除了俯仰角、滚动角系统误差，有效提升了无控制定位精度，可以为后续敏捷机动卫星的常态化检校提供技术基础，并为星上自主几何检校提供了可能性。

技术领域

本发明涉及一种遥感相机的外方位元素检校技术方案，特别一种特定拍摄条件下的自检校技术方案。

背景技术

遥感对地观测技术是人类获取地球空间信息的重要手段，在国民经济建设中具有不可替代的重要作用。经过30多年的发展,我国航天技术取得了巨大进步,已形成资源、气象、海洋、环境、国防系列等构成的对地观测遥感卫星体系。特别是在“高分辨率对地观测系统”国家科技重大专项建设的推动下,通过在平台传感器研制、多星组网、地面数据处理等方面的创新,我国遥感卫星的空间分辨率、时间分辨率、数据质量大幅提升,为我国现代农业、防灾减灾、资源环境、公共安全等重要领域提供了信息服务和决策支持。目前，我国自行发射的遥感卫星为我们提供了大量的卫星影像数据，较大的缩短了基础地理空间信息的获取周期。但与我国具有的卫星影像数据获取能力不协调的是，大量的国产卫星数据没有得到有效利用，这除与我国卫星影像质量有关外，几何定位精度低也成为重要原因。

利用地面控制点进行外检校是提升光学遥感卫星无控制几何定位精度的关键技术。由于卫星在轨运行过程中物理环境变化剧烈，星上成像几何参数(如相机安装等)会随物理环境的变化而发生变化，这使得单次检校获取的检校参数难以保障几何定位精度的时空一致性，即不同时相、不同区域的影像无控定位精度不一致，在当前国内硬件测量精度及平台稳定控制水平下，短周期、常态化外检校是保障定位精度时空一致性的有效方法。然而由于国内固定可用的几何检校场较少，卫星对检校场区域的拍摄周期较长，导致控制数据缺失而难以实现对光学遥感卫星的短周期常态化几何检校。

发明内容

本发明针对特定拍摄条件下的外方位元素检校，提出了不依赖地面控制点的外方位元素自检校方法，利用相机偏航180°，实现自检校求出偏置矩阵补偿相机安装误差、姿轨测量系统误差。

为实现上述目的，本发明的技术方案提供一种特定拍摄条件下的在轨外方位元素自检校方法，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。

而且，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；