基于姿轨参数的高分辨率卫星遥感影像定向模型-论文.pdf

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1、第39卷第9期测绘科学Vol_39NO．92014年O9月ScienceofSurveyingandMappingSep．基于姿轨参数的高分辨率卫星遥感影像定向模型余俊鹏，袁修孝，孙世君，高卫军(1．中国空间技术研究院北京空间机电研究所，北京100076；2．武汉大学遥感信息工程学院，武汉430079)摘要：文章在基于传统姿轨参数的高分辨率卫星遥感影像定向模型基础上，用轨道半径变化率代替轨道偏心率和近地点幅角，并通过差商内插法求解姿轨参数的偏导系数，使平差所需控制点减少为4个。对SPOT一5HRG影像的试验表明，影像定

2、向后像方检查点中误差小于±2pixels，对地定位精度可满足1：50000比例尺测图要求。关键词：影像定向；严格几何处理模型；姿轨参数；对地目标定位；精度【中图分类号1P236【文献标识码】A【文章编号】1009—2307(2014)09—007706用二阶以上多项式以及更多控制点，譬如Poll的1引言扩展共线方程模型]。而德国DIR采用的定向随着空间光学技术的发展，卫星遥感影像的片模型_5中，使用3张定向片以二阶拉格郎日多地面分辨率不断提高，不仅增强了对地面目标的项式对一景影像外方位元素拟合，包含了18个识别和判读能

3、力，也为目标精确定位和测量创造定向参数，理论上需要9个控制点才能进行最小了必要条件。卫星遥感影像正被广泛地应用于各二乘无偏估计。尽管这类方法的定向精度较高，类中小比例尺地形图测绘，成为基础地理信息系但由于参数多且其相互问存在强相关，平差不仅统建设的重要数据源。要求提供良好的参数初值和分布均匀的控制点，利用卫星遥感影像提取地理空间信息，关键还需引入克服参数相关性的手段以保证求解的稳在于恢复影像获取时所处的空间位置和方位，重定性。构像方坐标和物方坐标之问的几何关系_1]。如何利第二类是基于卫星姿轨参数的影像定向。其用适量控

4、制点快速准确地实现高分辨率卫星遥感主要特点是以开普勒轨道参数描述遥感卫星在一影像定向，一直是卫星摄影测量的重要问题。按定时问段内的空间运动情况。根据卫星轨道设计照所取定向参数的不同，高分辨率卫星遥感影像情况可对轨道参数作不同程度的简化，如Westin的定向方法主要分为两类。模型中假设SPOT卫星沿圆形轨道运行，定向参第一类是基于外方位元素多项式的影像定数包括轨道倾角、轨道半径、升交点赤经和平近向。其基本原理是以某种多项式分别拟合卫星遥点角Ⅲg；汉诺威大学IPI实验室平差程序系统感器成像过程中线元素(X，Y，z)和角元素

5、(，，BLuH／BLAsPO中，将轨道倾角、轨道长半轴、)变化，通过一定数量的控制点解算多项式系轨道偏心率作为定向参数。总体而言，这类影像数。对于最简单的一阶多项式，外方位元素拟合定向模型具有形式简单、参数少、解算稳定、所用12个定向参数，至少要求6个地面控制点参需控制点较少等优点。但由于采取简化处理，影与平差。而为了获得理想的定向精度，往往会选像经定向后对地目标定位的精度低于第一类方法。因此，如何在缺少地面控制点时获得较佳的对地目标定位精度就成为这类方法有待突破的关键作者简介：余俊鹏(1982)，男，广州人，博士，研

6、究方向为遥感相机总体问题。设计及遥感图像处理。本文在第二类影像定向方法的研究基础上，E—mail：strength701@163．corn通过对定向参数优选构建了新的定向模型：首先针对遥感卫星近圆形轨道特点，提出用轨道半径收稿日期：201210—25变化率代替轨道偏心率和近地点幅角，使影像定向所需控制点进一步减少；其次，提出以差商内78测绘科学第39卷插法代替传统的一阶偏导数求解，避免对像点坐(z，)===F(XP，YP，ZP)](4)标观测方程的泰勒级数展开，解决了定向参数的(xP，yP，ZP)一r(z，y，H)J求

7、解问题。对SPOT一5影像数据的试验表明，按本3基于轨道参数的影像定向原理文模型进行影像定向只需4个地面控制点，像方目标定位精度可以达到±2pixels的水平。3．1轨道参数及其优化2卫星遥感影像的严格几何处理模型根据开普勒轨道物理模型，在惯性直角坐标系下卫星轨道可通过6个轨道根数描述，分别为：高分辨率卫星遥感影像主要为线阵推扫式影轨道倾角i一卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹像，从综合效应上讲影像上每一扫描行的成像符角；升交点赤经力一地球赤道平面内升交点与春合中心投影的几何关系[1O12~，因此共线条件方程分点之间的地

8、心夹角；近地点幅角叫一轨道平面上仍是高分辨率卫星遥感影像对地目标定位的严格近地点与升交点之间的地心角距；椭圆长半轴n；几何模型。以地球固定直角坐标系作为摄影测量椭圆偏心率e；近地点时刻t，如图1a所示。在上坐标系，卫星遥感影像扫描行i上某像点的像平述6个开普勒轨道根数中，轨道倾角i和升交点赤面坐标为(，)，成像主距为_厂，成像时刻