專(zhuān)利名稱(chēng)：多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌幾何自檢校方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星在軌飛行狀態(tài)下，其所搭載的多鏡頭航天線陣傳感器幾何系統(tǒng)性誤差標(biāo)定與改正方法，屬于航天攝影測(cè)量與遙感測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
線陣掃描式傳感器按照鏡頭多少可以分為單鏡頭和多鏡頭傳感器，為了進(jìn)行立體交會(huì)，通常情況下，單鏡頭傳感器會(huì)在焦面上布置多個(gè)平行的線陣CCD，而多鏡頭則會(huì)在每個(gè)單獨(dú)的相機(jī)的焦面上布置一條(組)線陣CCD。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的差異，決定了傳感器的系統(tǒng)誤差以及在軌檢校無(wú)論是在幾何成像模型上還是在數(shù)據(jù)處理方法上都有所不同。近年國(guó)產(chǎn)航天攝影測(cè)量線陣相機(jī)基本都以多鏡頭設(shè)計(jì)為主，例如“天繪”及“資源”系列等國(guó)產(chǎn)航天攝影測(cè)量衛(wèi)星系統(tǒng)均屬于多鏡頭線陣傳感器這一類(lèi)。相機(jī)系統(tǒng)一旦上天，處于在軌飛行狀態(tài)下，由于太空中的溫濕度、重力、壓力等與地面差別極大，這勢(shì)必引起相機(jī)系統(tǒng)的地面標(biāo)稱(chēng)參數(shù)發(fā)生很大變化，從而直接影響傳感器系統(tǒng)的對(duì)地定位能力。多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌自檢校的意義在于其是在傳感器實(shí)際的航天攝影過(guò)程中進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的參數(shù)更能夠滿(mǎn)足攝影測(cè)量實(shí)際作業(yè)的需要，利用多余的控制點(diǎn)，可一并對(duì)被標(biāo)定參數(shù)的正確性及自檢校對(duì)傳感器攝影定位能力的改善程度做出檢驗(yàn)。在航天線陣傳感器的攝影定位研究方面，歐美國(guó)家的技術(shù)比較領(lǐng)先，無(wú)論是傳感器硬件制造工藝，還是傳感器在軌標(biāo)定方法研究，都存在明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。例如，法國(guó)的SPOT系列衛(wèi)星，美國(guó)的IK0N0S-2、Quickbird等衛(wèi)星線陣傳感器系統(tǒng)都具備高穩(wěn)定度、高精度對(duì)地定位能力。高精度的對(duì)地定位能力不僅建立在傳感器硬件工藝水平之上、而且衛(wèi)星在軌飛行運(yùn)控及傳感器在軌檢校等技術(shù)環(huán)節(jié)對(duì)傳感器的高精度定位能力同樣重要，在實(shí)際應(yīng)用中，必須將這些技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合才能達(dá)到高精度定位的目的。而傳感器在軌檢校技術(shù)在所有的技術(shù)環(huán)節(jié)中顯得尤為重要，因?yàn)槠渲苯用嫦驊?yīng)用，銜接攝影測(cè)量作業(yè)、并決定測(cè)繪產(chǎn)品的質(zhì)量。出于技術(shù)參數(shù)保密和軍事利益、經(jīng)濟(jì)效益的考慮，這些國(guó)外的傳感器系統(tǒng)對(duì)商業(yè)用戶(hù)所提供的技術(shù)參數(shù)均經(jīng)過(guò)加密處理，并且傳感器在軌檢校技術(shù)細(xì)節(jié)也從未公開(kāi)。目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究幾乎為空白，未見(jiàn)相似或同樣的方法出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠用于多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌幾何自檢校方法，挖掘和提升傳感器的量測(cè)性能，從而滿(mǎn)足航天線陣相機(jī)攝影測(cè)量定位精度及軍事地形圖測(cè)制的實(shí)際需求。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌幾何自檢校方法，其基本思想是首先在檢校試驗(yàn)區(qū)域布設(shè)和測(cè)量高精度的地面標(biāo)志控制點(diǎn)，并獲取相機(jī)系統(tǒng)的地面幾何標(biāo)稱(chēng)參數(shù)。然后，獲取衛(wèi)星在軌飛行的軌道數(shù)據(jù)(包括GPS位置數(shù)據(jù)和星敏姿態(tài)數(shù)據(jù))，并在傳感器系統(tǒng)所攝對(duì)應(yīng)試驗(yàn)區(qū)域影像上量測(cè)標(biāo)志控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)；最后基于自建的成像模型和軌道模型，采用最小二乘光束法自檢校平差(Least SquaresSelf-calibration Bundle Adiustment)技術(shù)推求影響相機(jī)系統(tǒng)幾何定位精度的參數(shù)改正量，從而，提升傳感器系統(tǒng)的量測(cè)性能，即提升傳感器的對(duì)地定位幾何精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌幾何自檢校方法，其特征在于該方法包括以下幾個(gè)步驟(I)根據(jù)傳感器飛行軌跡和影像條帶寬度，在檢校區(qū)內(nèi)布設(shè)高精度標(biāo)志控制點(diǎn)；(2)對(duì)獲取檢校區(qū)的前、下、后視相機(jī)三個(gè)影像條帶進(jìn)行控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)像點(diǎn)量測(cè)；(3)獲取傳感器的軌道數(shù)據(jù)，包括GPS及星敏姿態(tài)數(shù)據(jù)觀測(cè)量；(4)根據(jù)多鏡頭航天線陣傳感器成像模型和外部定向參數(shù)模型，建立觀測(cè)方程組；〈1>、多鏡頭航天線陣傳感器成像模型光學(xué)系統(tǒng)由多個(gè)鏡頭組成的傳感器，必須要考慮描述其它鏡頭相對(duì)于下視鏡頭(平臺(tái))的位置與姿態(tài)關(guān)系，對(duì)于鏡頭j，用dxj，dyj，dzj表示相對(duì)于下視鏡頭的相對(duì)位置，用aJ； ^j, Y j表示相對(duì)于下視鏡頭的相對(duì)姿態(tài)，fj, xpJ, yPJ為鏡頭j的焦距和主點(diǎn)坐標(biāo)，成像模型為
權(quán)利要求
1.一種多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌幾何自檢校方法，其特征在于該方法包括以下幾個(gè)步驟 (1)根據(jù)傳感器飛行軌跡和影像條帶寬度，在檢校區(qū)內(nèi)布設(shè)高精度標(biāo)志控制點(diǎn)； (2)對(duì)獲取檢校區(qū)的前、下、后視相機(jī)三個(gè)影像條帶進(jìn)行控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)像點(diǎn)量測(cè)； (3)獲取傳感器的軌道數(shù)據(jù)，包括GPS及星敏姿態(tài)數(shù)據(jù)觀測(cè)量； (4)根據(jù)多鏡頭航天線陣傳感器成像模型和外部定向參數(shù)模型，建立觀測(cè)方程組 〈I >、多鏡頭航天線陣傳感器成像模型 光學(xué)系統(tǒng)由多個(gè)鏡頭組成的傳感器，必須要考慮描述其它鏡頭相對(duì)于下視鏡頭(平臺(tái))的位置與姿態(tài)關(guān)系，對(duì)于鏡頭j，用d .，d .，c^表示相對(duì)于下視鏡頭的相對(duì)位置，用％，^ j, Y j表示相對(duì)于下視鏡頭的相對(duì)姿態(tài)，fj, xpJ, ypJ為鏡頭j的焦距和主點(diǎn)坐標(biāo)，成像模型為
2.如權(quán)利要求I所述的多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌幾何自檢校方法，其特征在于所述的利用最小二乘法進(jìn)行光束法自檢校平差數(shù)據(jù)處理，求解幾何系統(tǒng)誤差檢校參數(shù)估值——首先進(jìn)行線性化、系數(shù)陣構(gòu)造、法化后線性系統(tǒng)求解如下 〈1>、線性化方程組(偏導(dǎo)數(shù)) 對(duì)成像模型與軌道模型關(guān)于未知數(shù)求偏導(dǎo)，使之線性化，以便求解
3.如權(quán)利要求I所述的多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌幾何自檢校方法，其特征在于對(duì)所解得參數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包括內(nèi)部精度、RMS、相關(guān)系數(shù)和粗差探測(cè)計(jì)算如下 〈1>、顯著性檢驗(yàn) 下面給出基本的顯著性檢驗(yàn)方法， 當(dāng)附加參數(shù)接近正交或正交時(shí)，可使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的t分布，對(duì)所求得的參數(shù)，逐個(gè)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，t分布是按下式定義的變量 I 其中;為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N(O，I) ； n定義為= 變量，U是X2的自由度，此時(shí)統(tǒng)計(jì)假設(shè)為 H0 E(a:) = O7Cl1'為第i個(gè)附加參數(shù)的估值，取 其中2為單位權(quán)方差，< =Li為由平差運(yùn)算中得出的單位權(quán)中誤差的平方，其期crOn-u望值為W .q 取自平差中未知數(shù)協(xié)因數(shù)陣Q的對(duì)角元素，由于假設(shè)￡( ,) = 0因此得出分布 9
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多鏡頭航天線陣相機(jī)系統(tǒng)在軌幾何自檢校方法，用于挖掘和提升傳感器的量測(cè)性能，從而滿(mǎn)足航天線陣相機(jī)攝影測(cè)量定位精度及軍事地形圖測(cè)制的實(shí)際需求。其基本思想是首先在檢校試驗(yàn)區(qū)域布設(shè)和測(cè)量高精度的地面標(biāo)志控制點(diǎn)，并獲取相機(jī)系統(tǒng)的地面幾何標(biāo)稱(chēng)參數(shù)。然后，獲取衛(wèi)星在軌飛行的軌道數(shù)據(jù)，并在傳感器系統(tǒng)所攝對(duì)應(yīng)試驗(yàn)區(qū)域影像上量測(cè)標(biāo)志控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)；最后基于自建的多鏡頭線陣傳感器成像模型和軌道模型，采用最小二乘光束法自檢校平差技術(shù)推求影響相機(jī)系統(tǒng)幾何定位精度的參數(shù)改正量，從而，提升傳感器系統(tǒng)的量測(cè)性能。實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明具有較好的可靠性和較高的精度，對(duì)提升傳感器的對(duì)地定位幾何精度效果明顯。
文檔編號(hào)G01C11/00GK102636159SQ201210113129
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者張麗, 方勇, 楊韞瀾, 江振治, 王刃, 胡海彥, 陳虹, 馬永社 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部測(cè)繪研究所