[发明专利]卫星影像定位方法和装置

摘要

本发明实施例提供一种应用于电荷藕合器件图像传感器的卫星影像定位方法和装置，采用本发明实施例提供的方法和装置，可以实现在没有地面控制点条件下，仅依据外定标获得的定轨定姿数据以及卫星的相机在该定轨定姿数据下拍摄的卫星影像的连接点的坐标值数据，对卫星的定轨定姿数据中的空间姿态数据进行校正。具体的，利用定轨定姿数据和连接点坐标、与连接点对应的地面坐标值的对应关系，通过二次多项式构建空间姿态数据随时间变化的外方位元素方程，基于共线方程，获取连接点的地面坐标值以及利用最小二乘法迭代求解空间姿态数据。

主权项

1.一种应用于电荷藕合器件图像传感器的卫星影像定位方法，其特征在于，包括：A1、依据外定标获得卫星上的相机的每一扫描行的定轨定姿数据，所述定轨定姿数据包括所述相机的摄影中心的空间坐标值和所述相机的摄影中心相对于像片面的空间姿态数据；A2、获取所述相机拍摄同一被摄物体的至少两幅卫星影像，将所述至少两幅卫星影像中分别与所述被摄物体的同一点对应的像点的集合称为连接点；A3、获取所述至少两幅卫星影像的影像条带，以所述相机的扫描方向为横坐标方向，以所述相机的飞行方向作为纵坐标方向，构建以所述连接点的横坐标为自变量和以所述连接点的纵坐标为因变量的瞬时构像方程，所述瞬时构像方程包括：当前的定轨定姿数据、与所述连接点对应的所述被摄物体上的点的地面坐标值与所述连接点坐标值的关系；A4、对于每一影像条带，根据所述影像条带的起始扫描时间、所述影像条带的终止扫描时间以及所述影像条带的像素个数，确定所述影像条带中每一像素的摄影时刻；A5、以所述当前的空间姿态数据为因变量，所述摄影时刻为自变量，构建描述所述当前空间姿态数据与所述摄影时刻之间的关系的外方位元素方程，所述外方位元素方程的系数为矫正后的系数，所述外方位元素方程的系数的初始值由步骤A1中的定轨定姿数据确定；A6、依据所述外方位元素方程，将所述瞬时构像方程整理成以所述地面坐标值为变量的共线方程；A7、对于每一连接点，将所述连接点中各个像点的坐标值带入所述共线方程，计算出所述被摄物体中与所述连接点对应的点的地面坐标值；A8、选择所述至少两幅卫星影像中的第一幅卫星影像；A9、将所述第一幅卫星影像中各个像点分别对应的地面坐标值作为确定值，对于所述第一幅卫星影像中每一像点，将所述第一幅卫星影像中各个像点的坐标值的误差值以及外方位元素方程中各个系数的误差量带入所述共线方程，获得以所述第一幅卫星影像中各个像点的坐标值的误差值作为因变量，以所述外方位元素方程中各个系数的误差量为自变量的误差方程；A10、依据最小二乘间接平差方法，获取所述误差方程的法方程式，所述法方程式包括由所述第一幅卫星影像中各个像点的坐标值的观测权值组成的观测权值矩阵，所述观测权值矩阵的初始值为单位矩阵，所述观测权值矩阵与由前一次所述第一幅卫星影像中各个像点的坐标值的误差值组成的误差值矩阵有关；A11、通过所述法方程式获得所述外方位元素方程中各个系数的误差量；A12、根据所述外方位元素方程中各个系数的误差量以及所述误差方程，计算所述第一幅卫星影像中各个像点的坐标值的误差值；A13、计算所述第一幅卫星影像中各个像点的坐标值的误差值的中误差；A14、当所述中误差小于预设阈值时，依据所述外方位元素方程中各个系数的误差量对所述当前的定轨定姿数据中的空间姿态数据进行校正，控制所述卫星中的相机以所述矫正后的定轨定姿数据对所述被摄物体进行拍摄，结束；A15、当所述中误差大于或等于预设阈值时，依据所述外方位元素方程中各个系数的误差量对所述外方位元素方程中的系数进行校正，获得矫正后的空间姿态数据，以及矫正后的所述外方位元素方程的系数，返回步骤A3，其中，步骤A5具体为：以当前的空间姿态数据为因变量，所述摄影时刻为自变量，构建描述当前空间姿态数据与所述摄影时刻之间的关系的外方位元素方程：其中，q₀，q₁，q₂，m₀，m₁，m₂，n₀，n₁，n₂为二次多项式系数，t为摄影时刻；步骤A6具体为：依据所述外方位元素方程以及所述摄影时刻，确定所述连接点对应的空间姿态数据将所述瞬时构像方程整理为：其中，l₁＝fa₁+(x‑x₀)a₃，l₂＝fb₁+(x‑x₀)b₃，l₃＝fc₁+(x‑x₀)c₃l_x＝fa₁X_Si+fb₁Y_Si+fc₁Z_Si+(x‑x₀)a₃X_Si+(x‑x₀)b₃Y_Si+(x‑x₀)c₃Z_Sil₄＝fa₂+(y‑y₀)a₃，l₅＝fb₂+(y‑y₀)b₃，l₆＝fc₂+(y‑y₀)c₃1_y＝fa₂X_Si+fb₂Y_Si+fc₂Z_Si+(y‑y₀)a₃X_Si+(y‑y₀)b₃Y_Si+(y‑y₀)c₃Z_Si；步骤A9具体为：将所述第一幅卫星影像中各个像点对应的地面坐标值(X，Y，Z)作为确定值，把所述第一幅卫星影像中各个像点(x，y)视为变量，将所述x修正为x+v_x，将所述y修正为y+v_y，将q0修正为q0+Δ_q0，将q1修正为q1+Δ_q1，将q2修正为q2+Δ_q2，将m0修正为m0+Δ_m0，将m1修正为m1+Δ_m1，将m2修正为m2+Δ_m2，将n0修正为n0+Δ_n0，将n1修正n1+Δ_n1，将n2修正为n2+Δ_n2，将(x+v_x，y+v_y)、q0+Δ_q0、q1+Δ_q1、q2+Δ_q2、m0+Δ_m0、m1+Δ_m1、m2+Δ_m2、n0+Δ_n0、n1+Δ_n1、n2+Δ_n2带入所述共线方程，获得误差方程：V＝AT‑1，其中，v＝[v_xv_y]^T，T＝[Δ_q0 Δ_q1 Δ_q2 Δ_m0 Δ_m1 Δ_m2 Δ_n0 Δ_n1 Δ_n2]^T，l＝[l_x l_y]^T，A矩阵为所述瞬时构像方程对所述外方位元素方程的系数求偏导获得的；步骤A10具体为：依据最小二乘间接平差方法，获取所述误差方程的法方程式：A^TPAT＝A^TPL，其中，P矩阵为由所述第一幅卫星影像中各个像点的坐标值的观测权值组成的观测权值矩阵，P矩阵中各个观测权值的横坐标方向的权值P_x为，v_x为前一次所述第一幅卫星影像中该像点的横坐标的误差值，P矩阵中各个观测权值的纵坐标方向的权值P_y为，v_y为前一次所述第一幅卫星影像中该像点的纵坐标的误差值，k₀＝σ₀；k₁＝3σ₀，初始权矩阵P＝E，σ₀为所述第一幅卫星影像中所有像点的误差值的中误差。