[发明专利]星地联合的面阵成像遥感卫星全自主几何定标方法及系统

说明书

本发明借助高分辨率面阵成像卫星的敏捷机动特性，提出了一种星地联合的面阵成像遥感卫星全自主几何定标方法及系统，实现从数据获取到内外定标解算的全链路处理。本发明基于卫星的超高姿态稳定度和敏捷机动能力，在同一圈的太阳阴影区和阳照区通过多次机动获取对天和对地观测数据，通过阴影区的恒星观测数据完成卫星的外定标，通阳照区获取的地面重叠影像，在地形辅助下完成载荷的内定标，进而完全摆脱对地面定标场参考数据的依赖，不但可降低定标成本，且几乎可随时随地定标，保证定标的时效性和精度。

技术领域

本发明属于光学卫星遥感影像几何处理领域，涉及一种星地联合的面阵成像遥感卫星全自主几何定标方法及系统。

背景技术

几何定标是改正光学遥感卫星成像模型中系统性几何误差的必要手段，虽然卫星载荷在发射前已经进行了严格的实验室标定，但由于卫星发射过程中成像环境变化以及相机调焦等因素，载荷的真实成像参数势必发生改变，需要在轨重新进行几何定标才能保证其影像的几何精度。传统在轨几何定标方法利用地面控制场的高精度参考影像(数字高程模型和数字正射影像)来补偿载荷几何成像模型中的系统误差，但随着卫星影像分辨率的不断提高，以及各行业对卫星影像处理的精度和时效性要求日益提高，这种方法在实际处理中的弊端日益凸显：1)定标场昂贵的建设和维护成本和较短的有效周期(地物变化)提高了在轨几何定标的代价；2)卫星较长的重访周期严重限制其在轨获取定标数据的时间窗口，且过境定标影像的采集受天气影响较大，造成传统定标处理所需时间过长，甚至影响卫星的业务化使用。3)采用航空摄影测量的方式生产的定标场数据，已越来越无法满足超高分辨率光学遥感卫星在轨几何定标的分辨率和精度需求。

发明内容

本发明要解决的问题是面阵成像高分辨率光学遥感卫星高精度定位的关键问题。本发明借助高分辨率面阵成像卫星的敏捷机动特性，提出一种星地联合的面阵成像遥感卫星全自主几何定标方法及系统，实现从数据获取到内外定标解算的全链路处理。本发明基于卫星的超高姿态稳定度和敏捷机动能力，在同一圈的太阳阴影区和阳照区通过多次机动获取对天和对地观测数据，通过阴影区的恒星观测数据完成卫星的外定标，通阳照区获取的地面重叠影像，在地形辅助下完成载荷的内定标，进而完全摆脱对地面定标场参考数据的依赖，不但可降低定标成本，且几乎可随时随地定标，保证定标的时效性和精度。

本发明的技术方案为一种星地联合的面阵成像遥感卫星全自主几何定标方法，包含以下步骤：

步骤1，当卫星运行到太阳阴影区时，利用卫星的敏捷机动能力，对合适的天区进行拍摄，获取恒星星图数据，并在导航星表的辅助下，提取恒星作为外定标观测值；

步骤2，基于恒星观测向量和卫星载荷视线指向向量的共线关系建立面阵相机对天观测的几何成像模型，通过在模型中引入广义的相机安装角建立外定标模型；

步骤3，基于序列恒星观测值，采用最小二乘方法迭代解算外定标参数；

步骤4，当卫星运行到同一圈的太阳阳照面时，利用卫星的机动能力在短时间内获取待标定相机拍摄的同一地区三次覆盖的影像，两次重叠中行列两个方向重叠度的比值应不同，并从影像的重叠区域匹配密集的同名点，作为内定标解算的观测值；

步骤5，基于像点、物点和投影中心三点共线关系建立面阵相机对地观测的几何成像模型，通过在模型中引入二元多项式拟合的指向角模型建立内定标模型；

步骤6，在外定标的基础上，基于同名像点的共面约束条件，在参考DSM的约束下，采用多片CMOS高阶模型参数和常数项分片优化的方法解算内定标参数；

步骤7，在内定标解算参数的基础上，重复步骤2-3，重新进行外定标解算，进而得到内外定标结果。