專利名稱：一種ce-1立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，尤其是涉及一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法。
背景技術(shù)：
1984年，Hofmann和Nave提出了產(chǎn)生及處理線陣影像的新的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方案。 三線陣成像時(shí)，每個(gè)地面點(diǎn)分別被放置在同一個(gè)焦平面上三個(gè)不同線陣捕獲，成像在三個(gè)不同的影像條帶上，即每個(gè)地面點(diǎn)都是三度重疊點(diǎn)，任意兩個(gè)線陣均可構(gòu)建立體模型。根據(jù)該成像原理設(shè)計(jì)的三線陣成像傳感器已廣泛應(yīng)用于航空、航天對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域。三線陣成像傳感器已成為攝影測(cè)量與遙感獲取空間數(shù)據(jù)的主要手段之一。
C⑶三線陣立體相機(jī)、激光高度計(jì)是“嫦娥一號(hào)(CE-I) ”衛(wèi)星獲取月球形貌信息的兩個(gè)主要載荷。衛(wèi)星繞月飛行過(guò)程中，立體相機(jī)同時(shí)獲取120m分辨率的前視、正視和后視三個(gè)影像條帶數(shù)據(jù)；激光高度計(jì)沿衛(wèi)星軌道方向，向衛(wèi)星下視方向發(fā)射激光脈沖，形成線性的激光點(diǎn)剖面。繞月任務(wù)期間，“嫦娥一號(hào)”獲取包括月球極區(qū)在內(nèi)2500軌影像以及約 300多萬(wàn)個(gè)有效月面激光點(diǎn)數(shù)據(jù)。在缺少月面控制的條件下，基于嚴(yán)格傳感器成像幾何模型(共線條件方程)，對(duì)立體相機(jī)和激光高度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差處理可以有效提高幾何定位精度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種在缺少月面控制的條件下，實(shí)現(xiàn)CE-I立體相機(jī)影像高精度幾何定位的一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法。
本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的
一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，其特征在于，包括以下步驟
步驟1，計(jì)算立體相機(jī)外方位元素初始值和月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值；
步驟2，建立姿軌數(shù)據(jù)內(nèi)插模型；
步驟3，采用嚴(yán)格傳感器成像模型-共線條件方程建立像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值方程；
步驟4，將激光距離作為非攝影測(cè)量觀測(cè)值引入攝影測(cè)量光束法平差，并建立激光高度計(jì)距離約束方程；
步驟5，根據(jù)步驟3建立的像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值方程和步驟4建立的激光高度計(jì)距離約束方程，建立平差觀測(cè)值誤差方程，并根據(jù)步驟1中的立體相機(jī)外方位元素初始值和月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值，采用最小二乘平差方法進(jìn)行平差解算以及平差精度評(píng)定。
本發(fā)明創(chuàng)造性的以月固坐標(biāo)系為參考框架，衛(wèi)星姿態(tài)采用四元數(shù)球面線性內(nèi)插模型、衛(wèi)星軌道采用三階Lagrange多項(xiàng)式內(nèi)插模型，基于嚴(yán)格傳感器成像幾何模型建立光束法平差數(shù)學(xué)模型；基于物方空間激光“腳印”向三線陣立體相機(jī)像方空間的反投影，將激光高度計(jì)測(cè)高數(shù)據(jù)引入光束法聯(lián)合平差。聯(lián)合平差完成后，利用姿軌內(nèi)插模型精確計(jì)算線陣影像每條掃描線的6個(gè)外方位元素。月面目標(biāo)的高精度幾何定位是探月工程中月球測(cè)繪的關(guān)鍵步驟。本發(fā)明中CE-I立體相機(jī)影像與激光高度計(jì)測(cè)高數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法保證了 CE-I 立體相機(jī)影像的高精度幾何定位。
在上述的一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，所述步驟1中計(jì)算立體相機(jī)外方位元素初始值和月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值包括如下步驟
步驟1. 1，立體相機(jī)外方位元素初始值計(jì)算將探月衛(wèi)星狀態(tài)矢量從J2000慣性系轉(zhuǎn)換到月固坐標(biāo)系；根據(jù)月固坐標(biāo)系狀態(tài)矢量構(gòu)建軌道坐標(biāo)系；計(jì)算成像時(shí)刻t立體相機(jī)在月固坐標(biāo)系中的位置及姿態(tài)(Xs (t), Ys (t), Zs (t), <3(0, ω (t), K (t))，作為立體相機(jī)外方位元素初始值；
步驟1. 2，通過(guò)計(jì)算月面上像素視向量與月球球面交點(diǎn)，確定月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值定義S(Xs，Ys，Zs)為某時(shí)刻衛(wèi)星在月固坐標(biāo)系中的位置；^ = Ozx uY )為影像上像素的視方向向量，假定月球?yàn)檎蝮w，半徑為r，按照如下計(jì)算公式，計(jì)算月面上視向量與月球球面交點(diǎn)A (X，Y，Z)，將交點(diǎn)坐標(biāo)作為該點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)初始值
權(quán)利要求
1.一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，計(jì)算立體相機(jī)外方位元素初始值和月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值；步驟2，建立姿軌數(shù)據(jù)內(nèi)插模型；步驟3，采用嚴(yán)格傳感器成像模型-共線條件方程建立像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值方程； 步驟4，將激光距離作為非攝影測(cè)量觀測(cè)值引入攝影測(cè)量光束法平差，并建立激光高度計(jì)距離約束方程；步驟5，根據(jù)步驟3建立的像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值方程和步驟4建立的激光高度計(jì)距離約束方程，建立平差觀測(cè)值誤差方程，并根據(jù)步驟1中的立體相機(jī)外方位元素初始值和月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值，采用最小二乘平差方法進(jìn)行平差解算以及平差精度評(píng)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，其特征在于，所述步驟1中計(jì)算立體相機(jī)外方位元素初始值和月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值包括如下步驟步驟1. 1，立體相機(jī)外方位元素初始值計(jì)算將探月衛(wèi)星狀態(tài)矢量從J2000慣性系轉(zhuǎn)換到月固坐標(biāo)系；根據(jù)月固坐標(biāo)系狀態(tài)矢量構(gòu)建軌道坐標(biāo)系;計(jì)算成像時(shí)刻t立體相機(jī)在月固坐標(biāo)系中的位置及姿態(tài)攤)，啡)，_ ,作為立體相機(jī)外方位元素初始值；步驟1. 2，通過(guò)計(jì)算月面上像素視向量與月球球面交點(diǎn)，確定月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值 定義風(fēng)iTs，l^Zs)為某時(shí)刻衛(wèi)星在月固坐標(biāo)系中的位置；uY %)為影像上像素的視方向向量，假定月球?yàn)檎蝮w，半徑為r，按照如下計(jì)算公式，計(jì)算月面上視向量與月球球面交點(diǎn)戌U，Z),將交點(diǎn)坐標(biāo)作為該點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)初始值式一。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，其特征在于，所述步驟2中建立姿軌數(shù)據(jù)內(nèi)插模型包括如下步驟步驟2. 1，根據(jù)立體相機(jī)成像的基高比，設(shè)定空間距離間隔或時(shí)間間隔，在線陣影像上按照設(shè)定的空間距離間隔或時(shí)間間隔抽取若干條線影像，作為定向影像；步驟2. 2，定義月面點(diǎn)A的三條投影光線與三視影像分別相交與； Pm點(diǎn)對(duì)應(yīng)的線陣外方位元素為fpJ〗，^，各，畔，％ ,對(duì)應(yīng)時(shí)刻為i，(^e[l,n])表示第*個(gè)定向影像對(duì)應(yīng)的時(shí)刻…Kf ，( je[l,n])表示第A個(gè)定向影像的外方位元素； 步驟2. 3，基于抽取的η個(gè)定向影像，采用η-1階Lagrange多項(xiàng)式內(nèi)插模型，計(jì)算掃描η & —t線影像的外方位線元素 ’令 =FJi"^，在時(shí)刻t，點(diǎn)對(duì)應(yīng)的掃描線影像的外方位線U- ‘ kPM元素采用用η-1階Lagrange多項(xiàng)式內(nèi)插模型式二計(jì)算
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，其特征在于，所述步驟3中，基于步驟2描述的姿軌內(nèi)插模型，采用共線條件方程建立像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值方程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，其特征在于，所述步驟4中，定義某激光腳印在月固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)IV ZF)、激光高度計(jì)測(cè)量距離為P ；相應(yīng)激光脈沖信號(hào)發(fā)射時(shí)刻t，繞月衛(wèi)星立體相機(jī)投影中心S在月固坐標(biāo)系中的坐標(biāo)鞏Zs，&，Zs)、則激光高度計(jì)約束條件方程為 式五聯(lián)合平差時(shí)視激光距離P為非攝影測(cè)量觀測(cè)值，根據(jù)激光高度計(jì)測(cè)距的精度給定距離P觀測(cè)值先驗(yàn)權(quán)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CE-I立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，其特征在于，所述步驟5中，根據(jù)像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值方程和激光高度計(jì)距離約束方程，建立平差觀測(cè)值誤差方程(式六)，采用最小二乘平差方法進(jìn)行平差解算；并通過(guò)計(jì)算平差系統(tǒng)的精度矩陣0JS、可靠性矩陣,基于誤差傳播理論進(jìn)行精度及可靠性分析、評(píng)定
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CE-1立體相機(jī)與激光高度計(jì)數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，包括以下步驟1，計(jì)算立體相機(jī)外方位元素初始值和月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值；2，建立姿軌數(shù)據(jù)內(nèi)插模型；3，采用嚴(yán)格傳感器成像模型-共線條件方程建立像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值方程；4，將激光距離作為非攝影測(cè)量觀測(cè)值引入攝影測(cè)量光束法平差，并建立激光高度計(jì)距離約束方程；5，根據(jù)3建立的像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值方程和4建立的激光高度計(jì)距離約束方程，建立平差觀測(cè)值誤差方程，并根據(jù)1中的立體相機(jī)外方位元素初始值和月面坐標(biāo)未知數(shù)初始值，采用最小二乘平差方法進(jìn)行平差解算以及平差精度評(píng)定。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)在缺少月面控制的條件下，實(shí)現(xiàn)CE-1立體相機(jī)影像高精度幾何定位。
文檔編號(hào)G01C11/00GK102519436SQ201110445440
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者付建紅, 冉曉雅, 趙雙明 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)