于2時，即可解算出該掃描行在某時刻的姿態(tài)參數(shù)。為保證解算的姿態(tài)參 數(shù)精度可靠性，理論上要求匹配的控制點數(shù)量較多，且在每個掃描行上沿垂軌方向均勻分 布?；谏鲜鏊惴ǚ囱莸淖藨B(tài)精度主要依賴于GPS軌道精度、幾何定標參數(shù)精度、定標場 DEM/D0M參考數(shù)據(jù)精度以及每個掃描行控制點數(shù)量與分布情況。所示D0M為數(shù)字正射影像 圖，DEM為數(shù)字高程模型。
[0055] 步驟4，時變系統(tǒng)誤差建模與參數(shù)解算:采用傅立葉級數(shù)構建時變系統(tǒng)誤差補償模 型，進一步根據(jù)步驟2與3的結果，基于最小二乘原理實現(xiàn)時變系統(tǒng)誤差補償模型參數(shù)最優(yōu) 估計。
[0056] 考慮到時變系統(tǒng)誤差可視為周期信號，其信號周期近似等于軌道周期，且時變系 統(tǒng)誤差的大小可以間接表示成多星敏感器所構成的姿態(tài)基準與對地相機姿態(tài)基準的轉換 歐拉角誤差大小。具體的實現(xiàn)形式如下：
[0057] 設tk時刻的時變系統(tǒng)誤差歐拉角表不為~ Δ#, Δ0ι? j，則Δ 三個分 量可以采用傅立葉函數(shù)形式進行建模，得到時變系統(tǒng)誤差補償模型如下：
[0059]
:，表示角頻率，T表示衛(wèi)星軌道周期，k表示時間步長個數(shù)，τ表示時間 步長，Μ為正常數(shù)，at j，bt j，，&，ae j，b θ j表不未知的時變系統(tǒng)誤差系數(shù)。
[0060] 對步驟2與3分別得到的多星敏感器信息融合姿態(tài)以及對地相機精密姿態(tài)進行時 間同步。設tk時刻多星敏感器信息融合姿態(tài)四元數(shù)為q k，對地相機反演的精密姿態(tài)四元數(shù)為 4 ,則兩者的關系可以用下式表達：
[0062]其中，Sqk表示誤差四元數(shù)，根據(jù)四元數(shù)乘法定義得到：
[0064] 其中，qik、q2k、q3k表示多星敏感器信息融合姿態(tài)四元數(shù)矢量部分，q Qk表示標量部 分；I、毛t表示對地相機反演的精密姿態(tài)四元數(shù)矢量部分，表示標量部分;3qik、3 q2k、Sq3k表示誤差四元數(shù)矢量部分，SqQk表示誤差四元數(shù)標量部分。進一步得到兩者姿態(tài)參 數(shù)之間的誤差四元數(shù)以及誤差歐拉角心 k。
[0065] 將每個成像段解算得到的誤差歐拉角時間序列進行加權平均得到該成像時間段 最優(yōu)估計值，然后根據(jù)多個成像段的誤差歐拉角最優(yōu)估計值序列以及式(5)所示時變系統(tǒng) 誤差補償傅立葉模型，構建觀測方程，具體形式如下：
[0068]其中，Z表示誤差歐拉角最優(yōu)估計值觀測序列，即式(7)得到的誤差四元數(shù)的歐拉 角形式；Φ表示傅立葉級數(shù)模型觀測矩陣，X表示傅立葉級數(shù)模型的時變系統(tǒng)誤差系數(shù)a^， ^，《^1，3<^>^表示模型殘差，根據(jù)最小二乘原理得到時變系統(tǒng)誤差模型系數(shù)的最優(yōu) 估計值
[0070]基于以上步驟可以實現(xiàn)時變系統(tǒng)誤差模型構建以及傅立葉級數(shù)模型誤差參數(shù)的 最優(yōu)估計。
[0071 ]具體實施時，本發(fā)明所提供方法可基于軟件技術實現(xiàn)自動運行流程，也可采用模 塊化方式實現(xiàn)相應系統(tǒng)。本發(fā)明實施例還提供一種光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補 償系統(tǒng)，包括以下模塊：
[0072] 第一模塊，用于基于光學遙感衛(wèi)星對地相機多個成像時間段的多星敏感器觀測數(shù) 據(jù)，解算星敏感器間相對安裝參數(shù)變化序列，進一步基于加權平均得到安裝參數(shù)最優(yōu)估計 值；
[0073] 第二模塊，用于根據(jù)多個星敏感器成像時間段的觀測數(shù)據(jù)以及第一模塊得到的安 裝參數(shù)，實現(xiàn)多星敏感器最優(yōu)信息融合，獲取高精度姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0074] 第三模塊，用于根據(jù)跟蹤偵照的光學定標場全色影像數(shù)據(jù)，定標場D0M/DEM參考數(shù) 據(jù)，采用嚴密幾何成像模型，實現(xiàn)對地相機精密姿態(tài)反演；
[0075] 第四模塊，用于采用傅立葉級數(shù)構建時變系統(tǒng)誤差補償模型，進一步根據(jù)第二模 塊和第三模塊所得結果，基于最小二乘原理實現(xiàn)時變系統(tǒng)誤差補償模型參數(shù)最優(yōu)估計。
[0076] 各模塊具體實現(xiàn)可參見相應步驟，本發(fā)明不予贅述。
[0077]本文中所描述的具體實例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域 的技術人員可以對所描述的具體實例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但 并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
【主權項】
1. 一種光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟1，基于光學遙感衛(wèi)星對地相機多個成像時間段的多星敏感器觀測數(shù)據(jù)，解算星敏 感器間相對安裝參數(shù)變化序列，進一步基于加權平均得到安裝參數(shù)最優(yōu)估計值； 步驟2,根據(jù)多個星敏感器成像時間段的觀測數(shù)據(jù)W及步驟1得到的安裝參數(shù)，實現(xiàn)多 星敏感器最優(yōu)信息融合，獲取高精度姿態(tài)數(shù)據(jù)； 步驟3，根據(jù)跟蹤偵照的光學定標場全色影像數(shù)據(jù)，定標場DOM/DEM參考數(shù)據(jù)，采用嚴密 幾何成像模型，實現(xiàn)對地相機精密姿態(tài)反演； 步驟4,采用傅立葉級數(shù)構建時變系統(tǒng)誤差補償模型，進一步根據(jù)步驟2和步驟3所得結 果，基于最小二乘原理實現(xiàn)時變系統(tǒng)誤差補償模型參數(shù)最優(yōu)估計。2. 根據(jù)權利要求1所述光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償方法，其特征在于:步 驟1中，解算星敏感器間相對安裝參數(shù)變化序列時，設某時刻t的星敏感器A的四元數(shù)觀測值 為星敏感器B的四元數(shù)觀測值為得 到時刻t的本體到慣性系的旋轉矩陣的、％，計算A星敏感器到B星敏感器的旋轉矩陣 的=說)Ti?說及歐拉角轉換參數(shù)，3. 根據(jù)權利要求1所述光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償方法，其特征在于:步 驟2中，獲取高精度姿態(tài)數(shù)據(jù)實現(xiàn)方式如下， 設有η個星敏感器，多個星敏感器光軸在慣性系下的矢量坐標為VlCIS，V2CIS，……VnCIS， 在本體坐標系矢量坐標為VlBndy，V2Bndy，…，VnBndy，基于星敏感器光軸矢量的觀測方程如下，其中，袁^表示本體坐標系到慣性坐標系的旋轉矩陣，V3X1為星敏感器測量噪聲； 當光軸矢量個數(shù)大于等于2時，基于最小二乘原理實現(xiàn)姿態(tài)參數(shù)的最優(yōu)估計。 4 .根據(jù)權利要求1所述光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償方法，其特征在于:步 驟3中，所述嚴密幾何成像模型為基于探元指向角模型的嚴密幾何成像模型。5.根據(jù)權利要求1或2或3或4所述光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償方法，其特 征在于:步驟4中，采用傅立葉級數(shù)構建時變系統(tǒng)誤差補償模型的實現(xiàn)方式如下， 設時變系統(tǒng)誤差歐拉角表示為Δ&1了，則Ak的Ξ個分量采用傅立葉 函數(shù)形式進行建模，得到時變系統(tǒng)誤差補償模型如下，其中，角頻率碼=^，Τ表示衛(wèi)星軌道周期，k表示時間步長個數(shù)，τ表示時間步長，Μ為 正常數(shù)awa,，％. ,?表示未知的時變系統(tǒng)誤差系數(shù)。6. -種光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償系統(tǒng)，其特征在于，包括W下模塊： 第一模塊，用于基于光學遙感衛(wèi)星對地相機多個成像時間段的多星敏感器觀測數(shù)據(jù)， 解算星敏感器間相對安裝參數(shù)變化序列，進一步基于加權平均得到安裝參數(shù)最優(yōu)估計值； 第二模塊，用于根據(jù)多個星敏感器成像時間段的觀測數(shù)據(jù)W及第一模塊得到的安裝參 數(shù)，實現(xiàn)多星敏感器最優(yōu)信息融合，獲取高精度姿態(tài)數(shù)據(jù)； 第Ξ模塊，用于根據(jù)跟蹤偵照的光學定標場全色影像數(shù)據(jù)，定標場DOM/DEM參考數(shù)據(jù)， 采用嚴密幾何成像模型，實現(xiàn)對地相機精密姿態(tài)反演； 第四模塊，用于采用傅立葉級數(shù)構建時變系統(tǒng)誤差補償模型，進一步根據(jù)第二模塊和 第Ξ模塊所得結果，基于最小二乘原理實現(xiàn)時變系統(tǒng)誤差補償模型參數(shù)最優(yōu)估計。7. 根據(jù)權利要求6所述光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償系統(tǒng)，其特征在于:第 一模塊中，解算星敏感器間相對安裝參數(shù)變化序列時，設某時刻t的星敏感器A的四元數(shù)觀 測值為必=[漸4如嵌J 0μΓ，星敏感器B的四元數(shù)觀測值為公。【斯J扣^知輪Γ， 得到時刻t的本體到慣性系的旋轉矩陣/?.<,、％，計算A星敏感器到Β星敏感器的旋轉矩陣 巧二誠/的&及歐撞角轉換參數(shù)a細=堿細，咨遜斯成。8. 根據(jù)權利要求6所述光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償系統(tǒng)，其特征在于:第 二模塊中，獲取高精度姿態(tài)數(shù)據(jù)實現(xiàn)方式如下， 設有η個星敏感器，多個星敏感器光軸在慣性系下的矢量坐標為VlCIS，V2CIS，……VnCIS， 在本體坐標系矢量坐標為VlBody , V2Body，· · ·，VnBody，基于星敏感器光軸矢量的觀測方程如下，其中，表示本體坐標系到慣性坐標系的旋轉矩陣，V3X1為星敏感器測量噪聲； 當光軸矢量個數(shù)大于等于2時，基于最小二乘原理實現(xiàn)姿態(tài)參數(shù)的最優(yōu)估計。 9 .根據(jù)權利要求6所述光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償系統(tǒng)，其特征在于:第 Ξ模塊中，所述嚴密幾何成像模型為基于探元指向角模型的嚴密幾何成像模型。10.根據(jù)權利要求6或7或8或9所述光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償系統(tǒng)，其 特征在于:第四模塊中，采用傅立葉級數(shù)構建時變系統(tǒng)誤差補償模型的實現(xiàn)方式如下， 設時變系統(tǒng)誤差歐拉角表示為Δ&胃二則Ak的Ξ個分量采用傅立葉 函數(shù)形式進行建模，得到時變系統(tǒng)誤差補償模型如下，其中，角頻率τ表示衛(wèi)星軌道周期，k表示時間步長個數(shù)，τ表示時間步長，Μ為 正常數(shù)，表不未知的時變系統(tǒng)誤差系數(shù)。
【專利摘要】一種光學遙感衛(wèi)星影像時變系統(tǒng)誤差建模補償方法及系統(tǒng)，包括基于光學遙感衛(wèi)星對地相機多個成像時間段的多星敏感器觀測數(shù)據(jù)，解算星敏感器間相對安裝參數(shù)變化序列，得到安裝參數(shù)最優(yōu)估計值；根據(jù)多個星敏感器成像時間段的觀測數(shù)據(jù)以及標定得到的安裝參數(shù)，實現(xiàn)多星敏感器最優(yōu)信息融合，輸出高精度姿態(tài)數(shù)據(jù)；采用嚴密幾何成像模型，實現(xiàn)對地相機精密姿態(tài)反演；采用傅立葉級數(shù)構建時變系統(tǒng)誤差補償模型，根據(jù)多星敏感器信息融合姿態(tài)與對地相機精密姿態(tài)結果，基于最小二乘原理實現(xiàn)時變系統(tǒng)誤差補償模型參數(shù)最優(yōu)估計。本發(fā)明可以實現(xiàn)星敏感器低頻誤差、姿態(tài)基準不統(tǒng)一誤差的在軌補償，且有效削弱高分辨率光學遙感影像無控制定位時變系統(tǒng)誤差影響。
【IPC分類】G01C11/00, G01C25/00
【公開號】CN105698764
【申請?zhí)枴緾N201610066602
【發(fā)明人】王密, 范城城, 李德仁, 龔健雅
【申請人】武漢大學
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月30日