[发明专利]一种基于有理函数模型的卫星成像方向角估计方法

权利要求书

1.一种基于有理函数模型的卫星成像方向角估计方法，所述的卫星成像方向角包括卫星成像的方位角α，以及卫星成像的倾斜角β，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)、建立地面成像区域的地面坐标系，具体为：在地面成像区域，以成像区域中心点为坐标原点O，以卫星轨道方向为Y轴正方向，以地平面内与Y轴垂直的方向为X轴方向，以地面法线方向为Z轴，建立右手坐标系，即成像区域的地面坐标系；

步骤(2)、在地面坐标系的Z轴上取点A，经点A处设置一根高度为h的铅垂线OA；

步骤(3)、将铅垂线OA投影至影像平面，得到投影轨迹oa，利用有理函数模型前向表达式得到铅垂线两端点在像平面坐标系中的标准化坐标，即(r_o,c_o)以及(r_a,c_a)，其中，以影像左上顶点为原点，在影像平面建立像平面坐标系；

步骤(4)、利用步骤(3)得到的标准化坐标，得到投影轨迹在像平面坐标系中行方向的像素长度n_c，以及列方向的像素长度n_r；

步骤(5)、利用步骤(4)中得到的n_c,n_r，估计卫星成像的方位角α，具体计算公式如下：

步骤(6)、计算投影轨迹整体的像素长度n；

步骤(7)、估计卫星成像的倾斜角。

2.根据权利要求1所述的一种基于有理函数模型的卫星成像方向角估计方法，其特征在于，步骤(3)中所述的有理函数模型的前向表达式(Forward Form)建立了从地面坐标到像平面坐标的转换公式，其具体形式为：

式中(r,c)和(X,Y,Z)分别表示像平面坐标(r_u,c_u)和地面坐标(X_u,Y_u,Z_u)经过平移和缩放后的标准化坐标，取值范围是(－1～+1)；

其变换关系为

式中，(X_o′,Y_o′,Z_o′,r_o′,c_o′)为标准化的平移参数，(X_s,Y_s,Z_s,r_s,c_s)为标准化的比例参数，这些参数与多项式p_i(X,Y,Z)的系数统称为有理函数模型参数(RPC，RationalPolynomial Coefficients)，多项式p_i(X,Y,Z)中每一项的各个坐标分量X、Y、Z的幂不超过3，每一项各个坐标分量的幂的总和不超过3，每个多项式的具体形式为

式中，a_ijk是多项式的系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于有理函数模型的卫星成像方向角估计方法，其特征在于，步骤(4)中所述的投影轨迹oa在像平面坐标系中行方向的像素长度n_c，以及列方向的像素长度n_r的计算过程如下：

根据步骤(3)得到的o点的标准化坐标(r_o,c_o)，通过变换关系得到o点的像平面坐标(r_uo,c_uo)；

根据步骤(3)得到的a点的标准化坐标(r_a,c_a)，通过变换关系得到点a的像平面坐标(r_ua,c_ua)；

计算行方向的像素长度n_c＝c_ua-c_uo；

计算列方向的像素长度n_r＝r_ua-r_uo。

4.根据权利要求1所述的一种基于有理函数模型的卫星成像方向角估计方法，其特征在于，

步骤(6)所述投影轨迹整体像素长度n的具体计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于有理函数模型的卫星成像方向角估计方法，其特征在于，步骤(7)所述倾斜角β的计算公式如下：

其中，X_g表示星下点地面分辨率(Ground Sample Distance,GSD)。