一種高分辨率三線陣衛(wèi)星沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種衛(wèi)星姿態(tài)顫振的探測方法，尤其是設(shè)及一種高分辨率=線陣衛(wèi)星 沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 平臺姿態(tài)的穩(wěn)定性，是決定高分辨率衛(wèi)星幾何定位精度的關(guān)鍵因素之一，而衛(wèi)星 平臺顫振是高分辨率衛(wèi)星在軌運行普遍存在的復(fù)雜現(xiàn)象，對成像幾何精度的影響是一個尚 未解決的科學(xué)難題。許多遙感衛(wèi)星受到姿態(tài)顫振的影響導(dǎo)致幾何定位精度大幅下降，平臺 顫振是國內(nèi)外遙感衛(wèi)星在幾何定位方面共同面臨的挑戰(zhàn)（Iwasaki，2011)。
[0003] 解決姿態(tài)顫振最常規(guī)的方法是在衛(wèi)星上安裝具有更高測量精度和更高采樣頻率 的姿態(tài)傳感器，但無疑增加了衛(wèi)星的制造成本，最重要的是，對于已在軌運行的衛(wèi)星，該方 法則是無法實現(xiàn)的（LehnerandMilller, 2003;Schwindetal. , 2009)。另一種姿態(tài)顫振 探測方法是，利用密集的地面控制點改正衛(wèi)星姿態(tài)顫振（Shinetal., 1997)。Gwinneret al. (2010)開發(fā)了連續(xù)攝影測量平差（SequentialPhotogrammetricAdjustment)方法， 利用激光高度計數(shù)據(jù)生成的DEM(數(shù)字高程模型）作為地面控制數(shù)據(jù)，用于改正火星快車的 HRSC影像受到的顫振影響，結(jié)果顯示顫振改正后生成的DEM中不再包含周期性的誤差。該 些方法依賴于外部地面控制數(shù)據(jù)，而控制數(shù)據(jù)的獲取需要較高的人力和經(jīng)濟(jì)成本。Tonget al. (2015c)提出一種基于=線陣影像的垂軌方向顫振探測方法，該方法能夠有效探測=線 陣傳感器在垂軌方向上受到的姿態(tài)顫振影響，但是無法探測沿軌方向姿態(tài)顫振。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種方法先進(jìn)、計算 精確、應(yīng)用范圍廣的高分辨率=線陣衛(wèi)星沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0006] -種高分辨率=線陣衛(wèi)星沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法，包括W下步驟：
[0007] 1) S線陣影像同名點匹配，并進(jìn)行匹配粗差剔除；
[0008] 2)獲取=線陣影像沿軌方向投影偏差，并建立顫振估計函數(shù)模型；
[0009] 3)S線陣影像沿軌方向姿態(tài)顫振估計。
[0010] 所述的步驟1)具體包括W下步驟：
[0011] 11)根據(jù)SIFT匹配算法，獲取初始的同名點，采用相對定向的方法，消除立視影像 之間相對的系統(tǒng)性偏差，使得同名攝影光線相交于同一物方點；
[001引將下視影像作為參考影像，WNXN像素大小的空間格網(wǎng)點作為待匹配點，利 用基于幾何約束的互相關(guān)方法在=視影像上進(jìn)行同名點的匹配；
[0013] 13)通過設(shè)定相關(guān)系數(shù)闊值剔除部分粗差點，結(jié)合相對定向參數(shù)，通過前方交會獲 取=線陣同名點對應(yīng)的物方點坐標(biāo)，并將物方點分別投影至=個影像的像方空間，計算相 應(yīng)的匹配點與投影點之間的像方偏差d'，統(tǒng)計像方偏差的平均值y和標(biāo)準(zhǔn)差0,剔除粗 差點公式為：
[0014]
【主權(quán)項】
1. 一種高分辨率三線陣衛(wèi)星沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 三線陣影像同名點匹配，并進(jìn)行匹配粗差剔除； 2) 獲取三線陣影像沿軌方向投影偏差，并建立顫振估計函數(shù)模型； 3) 三線陣影像沿軌方向姿態(tài)顫振估計。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分辨率三線陣衛(wèi)星沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法，其 特征在于，所述的步驟1)具體包括以下步驟： 11) 根據(jù)SIFT匹配算法，獲取初始的同名點，采用相對定向的方法，消除三視影像之間 相對的系統(tǒng)性偏差，使得同名攝影光線相交于同一物方點； 12) 將下視影像作為參考影像，以NXN像素大小的空間格網(wǎng)點作為待匹配點，利用基 于幾何約束的互相關(guān)方法在三視影像上進(jìn)行同名點的匹配； 13) 通過設(shè)定相關(guān)系數(shù)閾值剔除部分粗差點，結(jié)合相對定向參數(shù)，通過前方交會獲取三 線陣同名點對應(yīng)的物方點坐標(biāo)，并將物方點分別投影至三個影像的像方空間，計算相應(yīng)的 匹配點與投影點之間的像方偏差d'，統(tǒng)計像方偏差的平均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，剔除粗差點 公式為：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分辨率三線陣衛(wèi)星沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法，其 特征在于，所述的步驟2)具體包括以下步驟： 21) 利用同名點對三線陣影像進(jìn)行相對定向處理，結(jié)合相對定向參數(shù)，將前、后視影像 中受到顫振影響的同名點，通過前方交會獲取受到顫振影響的地面點G'的坐標(biāo)，并將地面 點G'后向投影至下視影像的像方空間，獲得地面點坐標(biāo)的投影點； 22) 計算投影點與相應(yīng)的下視匹配像點之間的偏差，即三線陣影像的系統(tǒng)性誤差和顫 振誤差共同引起的視差d' χ123:
其中，Ax1S姿態(tài)角Pitch在下視影像上造成的像方偏差，Δχ2*姿態(tài)角Pitch在前視 影像上造成的像方偏差，Δ X3為姿態(tài)角Pitch在后視影像上造成的像方偏差，κ 下視影 像的分辨率，K2為前視影像的分辨率，κ 3為后視影像的分辨率，XjPy1為下視影像上同名 點的像方坐標(biāo)，xjp y 2為前視影像上同名點的像方坐標(biāo)，X 3和y 3為后視影像上同名點的像 方坐標(biāo)，叫，bi，Cl，a2, b2, c2, a3, b3, 〇3分別為下、前、后視影像系統(tǒng)誤差的仿射模型系數(shù)，f為 焦距，〖2和〖3分別為下、前、后視影像曝光時刻，β 2為前視傳感器視線矢量與下視傳感 器視線矢量的夾角，β3為后視傳感器視線矢量與下視傳感器視線矢量的夾角，J Pitdl (t)為 軌道姿態(tài)角Pitch顫振函數(shù)模型，t為衛(wèi)星的飛行時間，Ai為第i個諧波分量的振幅，ω 第i個諧波分量的角頻率，的為第i個諧波分量的振幅，角頻率和初始相位值； 23)利用基于仿射補(bǔ)償模型的相對定向，消除三線陣影像之間相對的系統(tǒng)性誤差，得到 投影偏差dxl23:
其中，^為同名點行坐標(biāo)的殘差向量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分辨率三線陣衛(wèi)星沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法，其 特征在于，所述的步驟3)具體包括以下步驟： 根據(jù)顫振估計函數(shù)模型，建立最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并根據(jù)最優(yōu)化估計算法，估計顫振模型 中的參數(shù)，使得目標(biāo)函數(shù)最小，得到姿態(tài)角Pitch顫振函數(shù)模型Jpitah(t)的參數(shù)結(jié)果，包括 諧波分量的振幅、角頻率和初始相位值，消除由于顫振造成的行坐標(biāo)殘差向量， 所述的目標(biāo)函數(shù)為：
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高分辨率三線陣衛(wèi)星沿軌方向姿態(tài)顫振的探測方法，包括以下步驟：1)三線陣影像同名點匹配，并進(jìn)行匹配粗差剔除；2)獲取三線陣影像沿軌方向投影偏差，并建立顫振估計函數(shù)模型；3)三線陣影像沿軌方向姿態(tài)顫振估計。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有方法先進(jìn)、計算精確、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。
【IPC分類】G01C11-14
【公開號】CN104864853
【申請?zhí)枴緾N201510232706
【發(fā)明人】童小華, 李凌云, 金雁敏, 劉世杰, 葉真, 謝歡, 陳鵬, 徐聿升, 王鳳香, 孫文正
【申請人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月8日