高分辨率三线阵卫星遥感影像的区域网平差算法与试验

简述高分辨率遥感卫星影像的几何定位处理过程,分析了区域网平差的必要性。结合线阵传感器的成像特点,对传感器严格几何模型、卫星轨道模型、传感器内方位误差模型进行研究,初步建立了高分辨率遥感卫星的平差数学模型。采用区域网平差方法对内方位元素和外方位元素进行解算,并利用资源三号卫星线阵影像和ALOS PRISM线阵影像进行试验。试验结果表明,对高分辨率遥感卫星线阵传感器进行区域网平差可以有效提高卫星影像的几何定位精度。     

直线特征约束的资源3号卫星影像自检校平差

针对控制点获取较困难地区卫星影像定位精度不高的情况,对直线特征作为控制信息提升卫星影像定位精度进行了研究。以"像方直线上任意一点必然位于物方直线和投影中心所构成的平面"作为几何约束条件,通过对直线的参数化表示,建立了基于直线特征的共面模型;在该模型基础上,针对航天传感器的成像特点,分析建立了8标定参数的内方位元素模型和简化的外方位元素模型,最终构建了直线特征约束的卫星影像自检校平差模型。利用资源3号(ZY-3)卫星获取的华盛顿地区数据对构建的平差模型进行实验验证。结果表明,该模型能够解决缺乏地面控制点地区影像定位精度差的问题,可达到与常规自检校平差相同量级的精度。     

资源三号卫星三线阵CCD影像自检校光束法平差

本文将自检校光束法区域网平差技术用于资源三号卫星三线阵CCD影像的精确定位处理中。根据传感器成像特点,分析设置了ZY-3 TLC影像坐标系统误差自检校附加参数模型,在将轨道姿态数据转换为外方位元素后,通过合理设置变化模型将其引入光束法平差中,构建了自检校光束法平差模型。利用嵩山实验场地区ZY-3 TLC影像及辅助数据,通过常规和自检校光束法平差,对不同平差模型、不同控制点数量对定位精度的影响进行了实验和评估。结果表明所用ZY-3 TLC影像经常规平差后存在较为明显的系统误差,可以通过设置合适的附加参数利用自检校光束法区域网平差进行有效补偿,显著提高定位精度。     

三线阵CCD影像短航线空中三角测量的模拟实验研究

本文主要介绍了解决三线阵CCD影像短航线空中三角测量问题的自由外方位元素平差方法及相关数学模型,按不同的卫星摄影测量条件,分别用直接前方交会、自由外方位元素平差方法及外方位元素观测值参与平差,进行了数学模拟计算,结论是:采用自由外方位元素平差方法,可以构建精度与直接前方交会相当,但“无y视差”的短航线立体模型。     

“天绘一号”卫星三线阵CCD影像自检校区域网平差

遥感卫星在空间环境运转过程中,星敏感器的姿态角、成像相机的镜头和CCD等几何参数会发生不可预估的变化,从而对卫星影像的定位精度产生影响。因此,对卫星影像进行自检校区域网平差处理是实现卫星影像精确定位的一项关键技术。本文以"天绘一号"卫星为研究对象,首先分析了"天绘一号"卫星三线阵立体测绘相机的镜头和CCD几何形变,并提出了适用于"天绘一号"卫星三线阵CCD影像的自检校模型;然后建立"天绘一号"卫星三线阵CCD影像的自检校区域网平差模型,对外方位元素和自检校参数进行整体平差,消除存在于外方位元素观测值和自检校标定值中的系统误差,以提高卫星图像定位精度。最后利用嵩山实验场对"天绘一号"卫星三线阵CCD影像进行了自检校区域网平差处理,验证了自检校模型和自检校区域网平差模型的正确性和有效性,并分析研究了不同数目的控制点条件对自检校区域网平差的影响。实验结果证实采用自检校区域网平差技术可以有效地消除系统定位误差,显著提高定位精度。     

天绘一号卫星影像自检校光束法区域网平差

针对卫星发射过程中产生的像点坐标偏差导致对地定位精度低下的问题,该文以国产高分辨率卫星天绘一号三线阵影像为例,构建了内方位自检校参数模型和不同的外方位内插模型,建立了多传感器自检校光束法区域网平差模型。利用一景三线阵数据进行实验,结果表明,相同控制方案下,定向片模型自检校方案优于其他外方位模型自检校方案;控制点数量为5、定向片数量为4时,整体平差精度最高,检查点定位精度可以达到平面7.28m和高程4.02m。     

地面几何标定的定向片自检校光束法区域网平差模型

针对航天线阵传感器,综合镜头光学畸变影响、像元尺寸与焦距的变化影响以及镜头的旋转作用,构建8标定参数的内方位自检校模型;利用定向片内插模型,描述影像的外方位元素变化;建立自检校光束法区域网平差模型,在对模型进行线性化的过程中,引入待标定的定向片外方位元素;利用SPOT5模拟数据对平差模型进行实验验证,结果表明,平差模型能够联合标定内方位自检校参数与外方位元素,标定结果准确。     

定向片用于天绘一号卫星三线阵影像自检校光束法平差

针对天绘一号卫星三线阵传感器,利用定向片模型描述其外方位元素变化特征;同时综合线阵CCD和相机系统误差等影响,构建自检校参数模型。利用两景真实数据进行自检校光束法平差实验。结果表明,合适的定向片间隔选取和自检校参数建模能够有效提升目标定位精度。     

资源三号测绘卫星三线阵影像高精度几何检校

高精度几何检校是测绘卫星实现立体测图的关键。提出了用于星载光学卫星在轨几何检校的严密成像几何模型,推导了多线阵CCD拼接的内方位元素模型,在此基础上构建基于偏置矩阵及内方位元素模型的多检校场联合几何检校模型和几何检校方案。针对我国第一颗民用测绘卫星资源三号,利用华北多个地区1∶2000的数字正射影像和数字高程模型对资源三号三线阵影像进行几何检校,利用河北安平靶标区域三线阵数据进行验证。结果表明,采用本文的方案,资源三号测绘卫星无控制点平面定位精度优于20 m,利用靶标控制点的平面定位精度优于0.6 m,高程精度优于0.5 m,达到资源三号测绘卫星所能达到的理论极限精度;并验证了资源三号三线阵相机并不存在镜头光学畸变,只是存在主距变化、CCD排列旋转等引起的线性误差。     

资源三号测绘卫星三线阵影像高精度几何检校EI北大核心CSCD

高精度几何检校是测绘卫星实现立体测图的关键。提出了用于星载光学卫星在轨几何检校的严密成像几何模型,推导了多线阵CCD拼接的内方位元素模型,在此基础上构建基于偏置矩阵及内方位元素模型的多检校场联合几何检校模型和几何检校方案。针对我国第一颗民用测绘卫星资源三号,利用华北多个地区1∶2000的数字正射影像和数字高程模型对资源三号三线阵影像进行几何检校,利用河北安平靶标区域三线阵数据进行验证。结果表明,采用本文的方案,资源三号测绘卫星无控制点平面定位精度优于20 m,利用靶标控制点的平面定位精度优于0.6 m,高程精度优于0.5 m,达到资源三号测绘卫星所能达到的理论极限精度;并验证了资源三号三线阵相机并不存在镜头光学畸变,只是存在主距变化、CCD排列旋转等引起的线性误差。     

资源三号卫星三线阵影像自检校区域网平差

利用卫星的辅助数据构建资源三号卫星影像的严格几何模型。以此为基础,考虑镜头光学畸变、像元尺寸变化和CCD旋转变化等因素的影响,构建附加参数模型;     

国产光学卫星影像RPC制作

有理函数模型(Rational Polynomial Coefficients,RPC)是一种常用的影像几何关系表达模型,可以用于精确表达所有影像的成像几何关系,正广泛地被业界所接受.本文在国产光学卫星严密成像几何模型基础上,介绍了RPC模型和无偏估计参数求解算法.利用资源一号02B星、资源二号03星数据进行实验的结果证明了方法的正确性以及RPC模型对国产卫星影像的适应性.     

罗德里格矩阵在资源三号全色影像姿态角常差检校中的应用

在资源三号测绘卫星全色影像立体定位严格几何模型的基础上,提出运用罗德里格矩阵建立姿态角常差检校模型,根据少量地面控制点求出姿态角常差构成的矩阵后,使影像定位精度得到显著提高。同时与利用线性化的姿态角常差改正模型进行了比较,并总结了各自的优缺点。     

区域网平面平差超控外推定位技术验证

以资源三号卫星影像数据为例,基于RPC模型提出利用SRTM辅助的卫星影像区域网平面平差的方法进行超长距离控制外推,来提高无控地区的影像几何定位精度。试验表明,影像原始RPC直接定位精度含有明显的系统误差。在起算影像区域内布设一个控制点进行区域网平面平差,沿轨外推11景(491.62 km)、垂轨外推6景(282.36 km)后,相比原始影像13.335 m的平均定位精度,其外推区域影像的几何定位精度可优于7.5 m,无控区域的整体定位精度有明显提升,验证了该方法的有效性。     

激光测高数据辅助卫星成像几何模型精化处理

资源三号02星搭载了中国首个对地观测试验性激光测高载荷。借鉴目前较成熟的卫星影像区域网平差理论的基础上,结合近年来激光测高数据精度的大幅提升以及资源三号02星激光测高数据的特点,首次提出了激光测高数据辅助卫星立体影像进行成像几何模型精化处理的通用理论。首先,利用传统的区域网平差算法对所处理影像进行高精度连接点匹配处理,并对其进行无约束的自由网平差处理,获得高精度相对精度及不亚于原始成像几何模型的绝对精度;其次,根据激光测高数据3维坐标和精化后参考影像成像几何模型获取激光数据参考影像坐标;而后将参考影像坐标通过几何模型映射获取目标影像上待匹配影像坐标,通过连接点匹配算法,对待匹配目标影像坐标进行精化获取高精度像方同名点;最后,以同名点作为高程控制进行区域网平差计算,对影像成像几何模型进一步处理,获取高精度补偿参数。通过湖北、青海两测区的试验,以激光测高数据辅助卫星影像几何模型精化精度可分别达到1.97 m、3.23 m,结果表明本文提出的方法可有效提高卫星立体数据测图精度。     

基于RPC模型的ZY-3正射纠正研究

采用基于RPC模型进行ZY-3影像正射纠正处理时,当使用全局布点控制方案时控制点增加到12个以上后,对整景影像的纠正精度影响不明显,且由于选取多个高精度的控制点非常困难,而有时控制点的增加并不一定能带来精度的提高。本文通过采用几种不同的控制点布设方案对同一景ZY-3影像进行正射纠正,并对几种方案的纠正成果进行了精度比较和分析,从而进一步证实了选择合适的控制点布设方案和控制点数量大大提高ZY-3影像的纠正质量和纠正效率。     

激光测高数据辅助卫星成像几何模型精化处理

资源三号02星(ZY-3 02)作为资源三号系列的第2颗卫星,于2016年5月30号成功发射,其主要服务于中国空间基础建设等重大工程,星上搭载了中国首个对地观测试验性激光测高载荷。高程精度作为立体测图的重要指标,达到其精度要求的困难程度远大于平面。在借鉴目前较成熟的卫星影像区域网平差理论的基础上,结合近年来激光测高数据精度的大幅提升以及ZY-3 02星激光测高数据的特点,首次提出了激光测高数据辅助卫星立体影像进行成像几何模型精化处理的通用理论。首先,利用传统的区域网平差算法对所处理影像进行高精度连接点匹配处理,并对其进行无约束的自由网平差处理,获得高精度相对精度及不亚于原始成像几何模型的绝对精度;其次,根据激光测高数据3维坐标和精化后参考影像成像几何模型获取激光数据参考影像坐标;然后,将参考影像坐标通过几何模型映射获取目标影像上待匹配影像坐标,通过连接点匹配算法,对待匹配目标影像坐标进行精化获取高精度像方同名点;最后,以同名点作为高程控制进行区域网平差计算,对影像成像几何模型进一步处理,获取高精度补偿参数。通过湖北、青海两测区的试验,以激光测高数据辅助卫星影像几何模型精化精度可分别达到1.97 m、3.23 m,结果表明本文提出的方法可有效提高卫星立体数据测图精度。     

资源三号02星激光测高仪足印位置预报方法

激光测高仪在轨几何检校是提高激光点平面和高程精度的必要途径,而激光足印地准确捕获是成功开展激光测高仪在轨几何检校的前提。本文针对资源三号02星搭载的我国首台激光测高仪的在轨几何检校试验需要,在参考光学遥感卫星成像几何模型的基础上,提出并构建了一套严密的激光足印位置预报模型。该模型充分顾及卫星平台在轨运行规律及激光与卫星相对几何关系,建立了激光发射点到地面足印的严密几何定位预报模型,通过金字塔地形匹配、基于加速度轨道预测以及频率域姿态分析分别获取预估的激光指向、轨道位置和姿态信息,实现地面激光足印的位置预报。该模型已应用于资源三号02星激光测高仪在轨几何检校试验中,预报的激光足印位置与探测器捕获到的实际位置的最大误差小于150m,充分验证了预报模型的正确性,实现了我国遥感卫星从天上到地面点对点的精确预报,为国产激光测高仪在轨几何检校提供了有力的技术支撑。     

资源三号测绘卫星 DSM 与AST ER GDEM 精度对比分析--以高海拔山区为例

为了评价国产资源三号测绘卫星DSM数据质量,选取地貌类型丰富的云南省高海拔山区为试验样区,以1∶10 000实测地形图DEM为假定真值,以30m分辨率ASTER GDEM为评价参照,从高程精度和地形描述精度两方面着手,对国产资源三号测绘卫星DSM数据精确性进行分析。结果表明:国产资源三号测绘卫星DSM数据精度整体高于ASTER GDEM。     

资源三号02星对地激光测高系统几何检校及验证

星载激光测高仪安装误差、激光指向和激光测距误差等导致最终激光测高精度不高,对激光器进行在轨几何检校可以有效提升激光测高精度。针对资源三号02星（ZY3-02）激光测高仪的工作模式,以裸露地表的航天飞机雷达地形测绘任务（shuttle radar topography mission,SRTM）数字高程模型（digital elevation model,DEM）数据约束同轨激光测距值,通过逼近地形起伏趋势线实现了卫星激光器出射方向的初始检校,实验证明不同轨激光指向的相对检校精度在20 m以内。利用地面铺设激光靶标的方法对星载激光测高系统进行几何精检校,并通过外业测量验证了ZY3-02激光器在平坦区域的测高精度优于0.5 m。