卫星遥感影像外方位元素的误差传播研究

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1、航天返回与遥感第32卷第1期18SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2011年2月卫星遥感影像外方位元素的误差传播研究余俊鹏孙世君毛建杰渊北京空间机电研究所袁北京100076冤摘要高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度与影像外方位元素精度密切相关遥文章针对单景影像直接对地定位和立体影像前方交会定位两种典型情况袁对影像各外方位元素在目标几何定位中的误差传播规律进行分析比较袁相关结论可供卫星姿控及相机载荷设计方参考遥关键词遥感影像外方位元素定位精度卫星中图分类号院P236文献标识码院A文章编号院1009-8518渊2011冤01-0018-06Studyon

2、ErrorPropagationofExteriorOrientationElementsofSatelliteRemoteSensingImageryYuJunpengSunShijunMaoJianjie渊BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100076,China冤AbstractThegeometricpositioningaccuracyofhigh-resolutionsatelliteimageryismainlydeterminedbytheprecisionofimageexteriorori

3、entationelements.Theerrorpropagationrulesoftheimageexteriororientationelementsintwotypicalcasescalleddirectgeopositioningforsingleimageandforwardintersectionforstereoim鄄agesareanalyzedandcomparedinthispaper.Theconclusionscanprovidereferencesforthesatelliteorbit-atti鄄tudecontrolandcameradesig

4、ndepartments.KeywordsRemotesensingimageryExteriororientationelementsPositioningaccuracySatellite1引言高分辨率线阵CCD传感器的出现袁使得利用卫星遥感影像实现地面目标的高精度定位与较大比例尺的地形图测绘成为可能遥除测绘与制图外袁高分辨率卫星遥感影像广泛地应用于国土资源调查尧变化检测尧城市规划及地理信息服务等领域遥对于这些应用袁影像的定位精度是关键的考虑因素遥利用星载姿轨系统提供的辅助观测数据袁高分辨率遥感卫星可具备较强的对地目标定位能力遥如SPOT-1A级影像对地目标定位精度可优于5

5、0m袁IKONOSStandardOrtho级影像定位精度为25m袁QuickBirdBasic级影像定位精度达14m遥然而袁以影像地面分辨率计袁目前的卫星遥感影像直接对地目标定位精度仍然很难满足相应比例尺地形图测咱1暂绘及其它高精度定位应用的要求遥为此袁本文从卫星遥感影像的几何定位模型出发袁分别针对单景影像直接对地定位和立体影像前方交会定位两种典型情况袁对影像各外方位元素在目标几何定位中的误差传播规律进行推导袁分析卫星影像定位误差的主要误差源及其影响袁以期为遥感卫星的姿控及相机载荷设计提供有益参考遥收稿日期院2010-07-20基金项目院中国空间技术研究院自主研发课题第1期余

6、俊鹏等院卫星遥感影像外方位元素的误差传播研究192几何定位原理遥感影像的几何定位模型是影像摄影测量处理的基础袁它反映了地面点空间三维坐标与相应像点的像方坐标之间的数学关系遥假定相机光学系统的主光轴在像面上的垂足恰好与CCD线阵中心重合袁则依据线阵CCD行中心投影的成像特性袁利用成像瞬间地面点尧相机镜头透视中心和相应像点在同一直线上的几何咱2暂关系袁可建立起如式渊1冤所示的共线方程遥渊1冤式中渊XT袁YT袁ZT冤为地面点在物方空间坐标系下的三维坐标曰(x袁y)为成像点的像方坐标袁对于线阵影像x恒等于0曰f为主距大小遥摄影中心S相对于物方空间坐标系的位置参数为外方位线元素袁即式中的

7、渊XS袁YS袁ZS冤曰像面在摄影瞬间的空中姿态参数为外方位角元素袁用渊渍袁棕袁资冤表示遥其计算公式为院渊2冤式中aj袁bj袁cj渊j=1袁2袁3冤为角元素构建的旋转矩阵方向余弦值遥3外方位元素的误差传播公式当像方坐标渊x袁y冤已精确量测袁则物方坐标渊XT袁YT袁ZT冤的精度取决于所提供的外方位元素的精度遥本节分单景影像直接对地定位和立体影像前方交会定位两种情况袁对外方位元素的误差传播规律进行探讨遥3.员单影像直接对地定位咱3暂单景影像的对地定位是由目标在单景影像上的像方坐标袁利用已知高程ZT