本發(fā)明涉及衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,具體的涉及一種衛(wèi)星影像定位方法和裝置。
背景技術(shù):
目前,衛(wèi)星遙感影像的精確定位一直依賴于地面控制點(diǎn),然而獲取足夠數(shù)量的地面控制點(diǎn)通常非常困難,因此研究無(wú)地面控制點(diǎn)條件下的衛(wèi)星遙感影像的高精度幾何處理就成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
有鑒于此,本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位方法及裝置,以解決現(xiàn)有技術(shù)中衛(wèi)星遙感影像的精確定位一直依賴于地面控制點(diǎn),然而獲取足夠數(shù)量的地面控制點(diǎn)通常非常困難的問(wèn)題,其技術(shù)方案如下:
一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位方法,包括:
A1、依據(jù)外定標(biāo)獲得衛(wèi)星上的相機(jī)的每一掃描行的定軌定資數(shù)據(jù),所述定軌定資數(shù)據(jù)包括所述相機(jī)的攝影中心的空間坐標(biāo)值和所述相機(jī)的攝影中心相對(duì)于像片面的空間姿態(tài)數(shù)據(jù);
A2、獲取所述相機(jī)拍攝同一被攝物體的至少兩幅衛(wèi)星影像,將所述至少兩幅衛(wèi)星影像中分別與所述被攝物體的同一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)的集合稱(chēng)為連接點(diǎn);
A3、獲取所述至少兩幅衛(wèi)星影像的影像條帶,以所述相機(jī)的掃描方向?yàn)闄M坐標(biāo)方向,以所述相機(jī)的飛行方向作為縱坐標(biāo)方向,構(gòu)建以所述連接點(diǎn)的橫坐標(biāo)為自變量和以所述連接點(diǎn)的縱坐標(biāo)為因變量的瞬時(shí)構(gòu)像方程,所述瞬時(shí)構(gòu)像方程包括:當(dāng)前的定軌定資數(shù)據(jù)、與所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述被攝物體上的點(diǎn)的地面坐標(biāo)值與所述連接點(diǎn)坐標(biāo)值的關(guān)系;
A4、對(duì)于每一影像條帶,根據(jù)所述影像條帶的起始掃描時(shí)間、所述影像條帶的終止掃描時(shí)間以及所述影像條帶的像素個(gè)數(shù),確定所述影像條帶中每一像素的攝影時(shí)刻;
A5、以所述當(dāng)前的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)為因變量,所述攝影時(shí)刻為自變量,構(gòu)建描述所述當(dāng)前空間姿態(tài)數(shù)據(jù)與所述攝影時(shí)刻之間的關(guān)系的外方位元素方程,所述外方位元素方程的系數(shù)為矯正后的系數(shù),所述外方位元素方程的系數(shù)的初始值由步驟A1中的定軌定資數(shù)據(jù)確定;
A6、依據(jù)所述外方位元素方程,將所述瞬時(shí)構(gòu)像方程整理成以所述地面坐標(biāo)值為變量的共線方程;
A7、對(duì)于每一連接點(diǎn),將所述連接點(diǎn)中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值帶入所述共線方程,計(jì)算出所述被攝物體中與所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的地面坐標(biāo)值;
A8、選擇所述至少兩幅衛(wèi)星影像中的第一幅衛(wèi)星影像;
A9、將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值作為確定值,對(duì)于所述第一幅衛(wèi)星影像中每一像點(diǎn),將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值以及外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量帶入所述共線方程,獲得以所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值作為因變量,以所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量為自變量的誤差方程;
A10、依據(jù)最小二乘間接平差方法,獲取所述誤差方程的法方程式,所述法方程式包括由所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的觀測(cè)權(quán)值組成的觀測(cè)權(quán)值矩陣,所述觀測(cè)權(quán)值矩陣的初始值為單位矩陣,所述觀測(cè)權(quán)值矩陣與由前一次所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值組成的誤差值矩陣有關(guān);
A11、通過(guò)所述法方程式獲得所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量;
A12、根據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量以及所述誤差方程,計(jì)算所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值;
A13、計(jì)算所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值的中誤差;
A14、當(dāng)所述中誤差小于預(yù)設(shè)閾值時(shí),依據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量對(duì)所述當(dāng)前的定軌定資數(shù)據(jù)中的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,控制所述衛(wèi)星中的相機(jī)以所述矯正后的定軌定資數(shù)據(jù)對(duì)所述被攝物體進(jìn)行拍攝,結(jié)束;
A15、當(dāng)所述中誤差大于或等于預(yù)設(shè)閾值時(shí),依據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量對(duì)所述外方位元素方程中的系數(shù)進(jìn)行校正,獲得矯正后的空間姿態(tài)數(shù)據(jù),以及矯正后的所述外方位元素方程的系數(shù),返回步驟A3。
一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位裝置,包括:
第一確定模塊,用于依據(jù)外定標(biāo)獲得衛(wèi)星上的相機(jī)的每一掃描行的定軌定資數(shù)據(jù),所述定軌定資數(shù)據(jù)包括所述相機(jī)的攝影中心的空間坐標(biāo)值和所述相機(jī)的攝影中心相對(duì)于像片面的空間姿態(tài)數(shù)據(jù);
第一獲取模塊,用于獲取所述相機(jī)拍攝同一被攝物體的至少兩幅衛(wèi)星影像,將所述至少兩幅衛(wèi)星影像中分別與所述被攝物體的同一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)的集合稱(chēng)為連接點(diǎn);
第一構(gòu)建模塊,用于獲取所述至少兩幅衛(wèi)星影像的影像條帶,以所述相機(jī)的掃描方向?yàn)闄M坐標(biāo)方向,以所述相機(jī)的飛行方向作為縱坐標(biāo)方向,構(gòu)建以所述連接點(diǎn)的橫坐標(biāo)為自變量和以所述連接點(diǎn)的縱坐標(biāo)為因變量的瞬時(shí)構(gòu)像方程,所述瞬時(shí)構(gòu)像方程包括:當(dāng)前的定軌定資數(shù)據(jù)、與所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述被攝物體上的點(diǎn)的地面坐標(biāo)值與所述連接點(diǎn)坐標(biāo)值的關(guān)系;
第二確定模塊,用于對(duì)于每一影像條帶,根據(jù)所述影像條帶的起始掃描時(shí)間、所述影像條帶的終止掃描時(shí)間以及所述影像條帶的像素個(gè)數(shù),確定所述影像條帶中每一像素的攝影時(shí)刻;
第二構(gòu)建模塊,用于以所述當(dāng)前的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)為因變量,所述攝影時(shí)刻為自變量,構(gòu)建描述所述當(dāng)前空間姿態(tài)數(shù)據(jù)與所述攝影時(shí)刻之間的關(guān)系的外方位元素方程,所述外方位元素方程的系數(shù)為矯正后的系數(shù),所述外方位元素方程的系數(shù)的初始值由所述第一確定模塊中的定軌定資數(shù)據(jù)確定;
整理模塊,用于依據(jù)所述外方位元素方程,將所述瞬時(shí)構(gòu)像方程整理成以所述地面坐標(biāo)值為變量的共線方程;
第一計(jì)算模塊,用于對(duì)于每一連接點(diǎn),將所述連接點(diǎn)中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值帶入所述共線方程,計(jì)算出所述被攝物體中與所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的地面坐標(biāo)值;
選擇模塊,用于選擇所述至少兩幅衛(wèi)星影像中的第一幅衛(wèi)星影像;
第三構(gòu)建模塊,用于將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值作為確定值,對(duì)于所述第一幅衛(wèi)星影像中每一像點(diǎn),將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值以及外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量帶入所述共線方程,獲得以所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值作為因變量,以所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量為自變量的誤差方程;
第二獲取模塊,用于依據(jù)最小二乘間接平差方法,獲取所述誤差方程的法方程式,所述法方程式包括由所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的觀測(cè)權(quán)值組成的觀測(cè)權(quán)值矩陣,所述觀測(cè)權(quán)值矩陣的初始值為單位矩陣,所述觀測(cè)權(quán)值矩陣與由前一次所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值組成的誤差值矩陣有關(guān);
第三獲取模塊,用于通過(guò)所述法方程式獲得所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量;
第二計(jì)算模塊,用于根據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量以及所述誤差方程,計(jì)算所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值;
第三計(jì)算模塊,用于計(jì)算所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值的中誤差;
矯正模塊,用于當(dāng)所述中誤差小于預(yù)設(shè)閾值時(shí),依據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量對(duì)所述當(dāng)前的定軌定資數(shù)據(jù)中的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,控制所述衛(wèi)星中的相機(jī)以所述矯正后的定軌定資數(shù)據(jù)對(duì)所述被攝物體進(jìn)行拍攝,結(jié)束;
觸發(fā)模塊,用于當(dāng)所述中誤差大于或等于預(yù)設(shè)閾值時(shí),依據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量對(duì)所述外方位元素方程中的系數(shù)進(jìn)行校正,獲得矯正后的空間姿態(tài)數(shù)據(jù),以及矯正后的所述外方位元素方程的系數(shù),觸發(fā)所述第一構(gòu)建模塊。
上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位方法中,可以實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有地面控制點(diǎn)條件下,僅通過(guò)外定標(biāo)獲得的定軌定資數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星的相機(jī)在該定軌定資數(shù)據(jù)下拍攝的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù),對(duì)衛(wèi)星的定軌定資數(shù)據(jù)中的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。具體的,利用定軌定姿數(shù)據(jù)和連接點(diǎn)坐標(biāo)、與連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)二次多項(xiàng)式構(gòu)建空間姿態(tài)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的外方位元素方程,基于共線方程,獲取連接點(diǎn)的地面坐標(biāo)值以及利用最小二乘法迭代求解空間姿態(tài)數(shù)據(jù)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位方法的流程示意圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位裝置的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為了引用和清楚起見(jiàn),下文中使用的技術(shù)名詞的說(shuō)明、簡(jiǎn)寫(xiě)或縮寫(xiě)總結(jié)如下:
WGS84:World Geodetic System 1984,為GPS全球定位系統(tǒng)使用而建立的坐標(biāo)系統(tǒng);
CCD傳感器:Charge Coupled Device,電荷藕合器件圖像傳感器;
RPC:遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用協(xié)議,Remote Procedure Call Protocol。
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請(qǐng)參閱圖1,為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位方法的流程示意圖,該方法包括:
S1、依據(jù)外定標(biāo)獲得衛(wèi)星上的相機(jī)的每一掃描行的定軌定資數(shù)據(jù)。
所述定軌定資數(shù)據(jù)包括所述相機(jī)的攝影中心的空間坐標(biāo)值和所述相機(jī)的攝影中心相對(duì)于像片面的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)。
S2、獲取所述相機(jī)拍攝同一被攝物體的至少兩幅衛(wèi)星影像,將所述至少兩幅衛(wèi)星影像中分別與所述被攝物體的同一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)的集合稱(chēng)為連接點(diǎn)。
如果所述至少兩幅衛(wèi)星影像有兩幅衛(wèi)星影像,則一個(gè)連接點(diǎn)就包括兩個(gè)像點(diǎn),如果所述至少兩幅衛(wèi)星影像有三幅衛(wèi)星影像,則一個(gè)連接點(diǎn)就包括三個(gè)像點(diǎn),以此類(lèi)推,本發(fā)明實(shí)施例對(duì)比不做具體限定。
S3、獲取所述至少兩幅衛(wèi)星影像的影像條帶,以所述相機(jī)的掃描方向?yàn)闄M坐標(biāo)方向,以所述相機(jī)的飛行方向作為縱坐標(biāo)方向,構(gòu)建以所述連接點(diǎn)的橫坐標(biāo)為自變量和以所述連接點(diǎn)的縱坐標(biāo)為因變量的瞬時(shí)構(gòu)像方程。
所述瞬時(shí)構(gòu)像方程包括:當(dāng)前的定軌定資數(shù)據(jù)、與所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述被攝物體上的點(diǎn)的地面坐標(biāo)值與所述連接點(diǎn)坐標(biāo)值的關(guān)系。
獲取所述至少兩幅衛(wèi)星影像的影像條帶,可以是線陣CCD傳感器采用推掃式成像,而獲得的連續(xù)的影像條帶。每一掃描行影像與被攝物體之間具有嚴(yán)格的中心投影關(guān)系,并且都有著各自的定軌定資數(shù)據(jù),可以將該中心投影關(guān)系和定軌定資數(shù)據(jù)構(gòu)建成瞬時(shí)構(gòu)像方程。
可以以WGS84為坐標(biāo)基準(zhǔn),定軌定姿數(shù)據(jù)為其中,i表示第i掃描行,所述相機(jī)的攝影中心的空間坐標(biāo)值為(XSi,YSi,ZSi),所述相機(jī)拍攝被攝物體的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)瞬時(shí)構(gòu)像方程為:其中,f為所述相機(jī)的攝影中心到像片面的垂距,(x0,y0)為像主點(diǎn)坐標(biāo)值;b1=cosωi sinκi;b2=cosωi cosκi;b3=-sinωi;其中,a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3為連接點(diǎn)的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算的旋轉(zhuǎn)矩陣元素,其中(X,Y,Z)為與連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)。
S4、對(duì)于每一影像條帶,根據(jù)所述影像條帶的起始掃描時(shí)間、所述影像條帶的終止掃描時(shí)間以及所述影像條帶的像素個(gè)數(shù),確定所述影像條帶中每一像素的攝影時(shí)刻。
S5、以當(dāng)前的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)為因變量,所述攝影時(shí)刻為自變量,構(gòu)建描述當(dāng)前空間姿態(tài)數(shù)據(jù)與所述攝影時(shí)刻之間的關(guān)系的外方位元素方程。
所述外方位元素方程的系數(shù)為矯正后的系數(shù),所述外方位元素方程的系數(shù)的初始值由步驟S1中的定軌定資數(shù)據(jù)確定。因?yàn)樵诔跏紩r(shí),定軌定資數(shù)據(jù)是確定已知的,所以可以根據(jù)確定已知的定軌定姿數(shù)據(jù)計(jì)算外方位元素方程的系數(shù)。
線陣CCD傳感器獲得的衛(wèi)星影像在同一攝影時(shí)刻具有相同的空間姿態(tài)數(shù)據(jù),由于CCD傳感器所在的衛(wèi)星受外界阻力小,飛行軌道平穩(wěn),姿態(tài)變化小,因此在某一范圍內(nèi),可以近似認(rèn)為空間姿態(tài)數(shù)據(jù)是時(shí)間的低階函數(shù)??刹捎萌缦聰?shù)學(xué)模型對(duì)攝影時(shí)刻t的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)加以表示。
外方位元素方程:其中,q0,q1,q2,m0,m1,m2,n0,n1,n2為二次多項(xiàng)式系數(shù),t為攝影時(shí)刻。
S6、依據(jù)所述外方位元素方程,將所述瞬時(shí)構(gòu)像方程整理成以所述地面坐標(biāo)值為變量的共線方程。
依據(jù)所述外方位元素方程以及所述攝影時(shí)刻,確定所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)將所述瞬時(shí)構(gòu)像方程整理為:其中,
l1=fa1+(x-x0)a3,l2=fb1+(x-x0)b3,l3=fc1+(x-x0)c3
lx=fa1XSi+fb1YSi+fc1ZSi+(x-x0)a3XSi+(x-x0)b3YSi+(x-x0)c3ZSi
l4=fa2+(y-y0)a3,l5=fb2+(y-y0)b3,l6=fc2+(y-y0)c3
ly=fa2XSi+fb2YSi+fc2ZSi+(y-y0)a3XSi+(y-y0)b3YSi+(y-y0)c3ZSi。
若e幅衛(wèi)星影像含有同一空間點(diǎn),則總共有e個(gè)形如共線方程求解地面坐標(biāo)值(X,Y,Z)。
S7、對(duì)于每一連接點(diǎn),將所述連接點(diǎn)中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值帶入所述共線方程,計(jì)算出所述被攝物體中與所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的地面坐標(biāo)值。
如果所述至少兩幅衛(wèi)星影像有兩幅衛(wèi)星影像,則一個(gè)連接點(diǎn)就包括兩個(gè)像點(diǎn),如果所述至少兩幅衛(wèi)星影像有三幅衛(wèi)星影像,則一個(gè)連接點(diǎn)就包括三個(gè)像點(diǎn),以此類(lèi)推,本發(fā)明實(shí)施例對(duì)比不做具體限定。
上述共線方程中一共有3個(gè)變量X,Y,Z,如果連接點(diǎn)包括兩個(gè)像點(diǎn),則將兩個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)帶入后,就得到4個(gè)方程式,從而可以求解X,Y,Z。
S8、選擇所述至少兩幅衛(wèi)星影像中的第一幅衛(wèi)星影像。
S9、將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值作為確定值,對(duì)于所述第一幅衛(wèi)星影像中每一像點(diǎn),將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值以及外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量帶入所述共線方程,獲得以所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值作為因變量,以所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量為自變量的誤差方程。
具體的,將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值(X,Y,Z)作為確定值,把所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)(x,y)視為變量,將所述x修正為x+vx,將所述y修正為y+vy,將q0修正為q0+Δq0,將q1修正為q1+Δq1,將q2修正為q2+Δq2,將m0修正為m0+Δm0,將m1修正為m1+Δm1,將m2修正為m2+Δm2,將n0修正為n0+Δn0,將n1修正n1+Δn1,將n2修正為n2+Δn2,將(x+vx,y+vy)、q0+Δq0、q1+Δq1、q2+Δq2、m0+Δm0、m1+Δm1、m2+Δm2、n0+Δn0、n1+Δn1、n2+Δn2帶入所述共線方程,獲得誤差方程:V=AT-l,其中,v=[vx vy]T,T=[Δq0 Δq1 Δq2 Δm0 Δm1Δm2 Δn0 Δn1 Δn2]T,l=[lx ly]T,A矩陣為所述瞬時(shí)構(gòu)像方程對(duì)所述外方位元素方程的系數(shù)求偏導(dǎo)獲得的。
依據(jù)所述共線方程獲得誤差方程:V=AT-l,具體的實(shí)現(xiàn)方式可以是:把相應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)值(x,y)視為觀測(cè)值,加入相應(yīng)的改正數(shù)vx,vy,代入共線方程并結(jié)合外方位元素方程,泰勒一階展開(kāi)取一次項(xiàng),使之線性化得到誤差方程式的一般形式:
用矩陣形式表示為:
V=AT-l,其中,每一對(duì)連接點(diǎn)的坐標(biāo)值即可列出誤差方程。
S10、依據(jù)最小二乘間接平差方法,獲取所述誤差方程的法方程式,所述法方程式包括由所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的觀測(cè)權(quán)值組成的觀測(cè)權(quán)值矩陣,所述觀測(cè)權(quán)值矩陣的初始值為單位矩陣,所述觀測(cè)權(quán)值矩陣與由前一次所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值組成的誤差值矩陣有關(guān)。
具體的,依據(jù)最小二乘間接平差方法,獲取所述誤差方程的法方程式:ATPAT=ATPL,其中,P矩陣為由所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的觀測(cè)權(quán)值組成的觀測(cè)權(quán)值矩陣,P矩陣中各個(gè)觀測(cè)權(quán)值的橫坐標(biāo)方向的權(quán)值Px為,vx為前一次所述第一幅衛(wèi)星影像中該像點(diǎn)的橫坐標(biāo)的誤差值,P矩陣中各個(gè)觀測(cè)權(quán)值的縱坐標(biāo)方向的權(quán)值Py為,Py為前一次所述第一幅衛(wèi)星影像中該像點(diǎn)的縱坐標(biāo)的誤差值,k0=σ0;k1=3σ0,初始權(quán)矩陣P=E,σ0為所述第一幅衛(wèi)星影像中所有像點(diǎn)的誤差值的中誤差。
具體的,可以是依據(jù)x方向的權(quán)值Px可使用像點(diǎn)的x方向的殘差值vx與所有殘差vx的中誤差值σ0確定,采用殘差大權(quán)值小,殘差小權(quán)值大的原理。
同理,y方向的權(quán)值Py采用殘差值vy和同上述原理確定。式中k0=σ0;k 1=3σ,0設(shè)初始權(quán)矩陣P=E(E為單位矩陣),v為各像點(diǎn)的殘差,可由后方交會(huì)解算得到并作為下一次求權(quán)的依據(jù),以達(dá)到剔除粗差的目的。
S11、通過(guò)所述法方程式獲得所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量。
S12、根據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量以及所述誤差方程,計(jì)算所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值。
S13、計(jì)算所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值的中誤差。
S14、當(dāng)所述中誤差小于預(yù)設(shè)閾值時(shí),依據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量對(duì)所述當(dāng)前的定軌定資數(shù)據(jù)中的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,控制所述衛(wèi)星中的相機(jī)以所述矯正后的定軌定資數(shù)據(jù)對(duì)所述被攝物體進(jìn)行拍攝,結(jié)束。
S15、當(dāng)所述中誤差大于或等于預(yù)設(shè)閾值時(shí),依據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量對(duì)所述外方位元素方程中的系數(shù)進(jìn)行校正,獲得矯正后的空間姿態(tài)數(shù)據(jù),以及矯正后的所述外方位元素方程的系數(shù),返回步驟S3。
本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位方法中,可以實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有地面控制點(diǎn)條件下,僅通過(guò)外定標(biāo)獲得的定軌定資數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星的相機(jī)在該定軌定資數(shù)據(jù)下拍攝的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù),對(duì)衛(wèi)星的定軌定資數(shù)據(jù)中的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。具體的,利用定軌定姿數(shù)據(jù)和連接點(diǎn)坐標(biāo)、與連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)二次多項(xiàng)式構(gòu)建空間姿態(tài)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的外方位元素方程,基于共線方程,獲取連接點(diǎn)的地面坐標(biāo)值以及利用最小二乘法迭代求解空間姿態(tài)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)在于在求解過(guò)程中,視像點(diǎn)的地面坐標(biāo)值為真值,保持不變,而把像點(diǎn)坐標(biāo)視為變量,通過(guò)后方交會(huì)的方法(即步驟A9至A15)結(jié)合自適應(yīng)權(quán)值分配剔除粗差點(diǎn),求解獲取的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)在保證絕對(duì)定位精度與幾何定標(biāo)精度一致的情況下,能夠消除衛(wèi)星影像連接點(diǎn)的上下視差,同時(shí)提高RPC參數(shù)的擬合精度,滿足對(duì)衛(wèi)星的定位精度要求。
為了本領(lǐng)域技術(shù)人員更加理解本發(fā)明實(shí)施例的有益效果,發(fā)明人利用上述方法使用天繪一號(hào)衛(wèi)星,基于北京、新疆、江西廣東、黑龍江吉林(1)、安徽、黑龍江吉林(2)、重慶等7個(gè)試驗(yàn)區(qū)開(kāi)展衛(wèi)星影像的拍攝。7個(gè)測(cè)區(qū)均為單軌三線陣立體影像,由6-11個(gè)像對(duì)組成。拍攝時(shí)間為2010年9月至2011年5月。各實(shí)驗(yàn)區(qū)范圍、地形、影像資料情況見(jiàn)表1。黑龍江吉林(1)與黑龍江吉林(2)是指黑龍江吉林的兩個(gè)不同的地區(qū)。
表1試驗(yàn)區(qū)地形及影像資料
對(duì)北京、新疆、江西廣東、黑龍江吉林(1)、安徽、黑龍江吉林(2)、重慶7個(gè)區(qū)自標(biāo)定的定軌定姿數(shù)據(jù)、拍攝的衛(wèi)星影像的連接點(diǎn)的坐標(biāo)值,通過(guò)二次多項(xiàng)式構(gòu)建空間姿態(tài)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的外方位元素方程,基于共線方程,獲取像點(diǎn)的地面坐標(biāo)值以及利用最小二乘法迭代求解空間姿態(tài)數(shù)據(jù),擬合獲得各區(qū)RPC處理結(jié)果。利用控制點(diǎn)計(jì)算定位精度,各測(cè)區(qū)定位精度如表2所示。
表2天繪一號(hào)無(wú)地面控制點(diǎn)定位精度結(jié)果
(XY:高斯投影,h:大地高,單位:米)
使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下表所示:
請(qǐng)參閱圖2,為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,該裝置包括:第一確定模塊201、第一獲取模塊202、第一構(gòu)建模塊203、第二確定模塊204、第二構(gòu)建模塊205、整理模塊206、第一計(jì)算模塊207、選擇模塊208、第三構(gòu)建模塊209、第二獲取模塊210、第三獲取模塊211、第二計(jì)算模塊212、第三計(jì)算模塊213、矯正模塊214以及觸發(fā)模塊215,其中:
第一確定模塊201,用于依據(jù)外定標(biāo)獲得衛(wèi)星上的相機(jī)的每一掃描行的定軌定資數(shù)據(jù)。
所述定軌定資數(shù)據(jù)包括所述相機(jī)的攝影中心的空間坐標(biāo)值和所述相機(jī)的攝影中心相對(duì)于像片面的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)。
第一獲取模塊202,用于獲取所述相機(jī)拍攝同一被攝物體的至少兩幅衛(wèi)星影像,將所述至少兩幅衛(wèi)星影像中分別與所述被攝物體的同一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)的集合稱(chēng)為連接點(diǎn)。
如果所述至少兩幅衛(wèi)星影像有兩幅衛(wèi)星影像,則一個(gè)連接點(diǎn)就包括兩個(gè)像點(diǎn),如果所述至少兩幅衛(wèi)星影像有三幅衛(wèi)星影像,則一個(gè)連接點(diǎn)就包括三個(gè)像點(diǎn),以此類(lèi)推,本發(fā)明實(shí)施例對(duì)比不做具體限定。
第一構(gòu)建模塊203,用于獲取所述至少兩幅衛(wèi)星影像的影像條帶,以所述相機(jī)的掃描方向?yàn)闄M坐標(biāo)方向,以所述相機(jī)的飛行方向作為縱坐標(biāo)方向,構(gòu)建以所述連接點(diǎn)的橫坐標(biāo)為自變量和以所述連接點(diǎn)的縱坐標(biāo)為因變量的瞬時(shí)構(gòu)像方程,所述瞬時(shí)構(gòu)像方程包括:當(dāng)前的定軌定資數(shù)據(jù)、與所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述被攝物體上的點(diǎn)的地面坐標(biāo)值與所述連接點(diǎn)坐標(biāo)值的關(guān)系。
獲取所述至少兩幅衛(wèi)星影像的影像條帶,可以是線陣CCD傳感器采用推掃式成像,而獲得的連續(xù)的影像條帶。每一掃描行影像與被攝物體之間具有嚴(yán)格的中心投影關(guān)系,并且都有著各自的定軌定資數(shù)據(jù),可以將該中心投影關(guān)系和定軌定資數(shù)據(jù)構(gòu)建成瞬時(shí)構(gòu)像方程。
可以以WGS84為坐標(biāo)基準(zhǔn),所述定軌定姿數(shù)據(jù)為其中,i表示第i掃描行,所述相機(jī)的攝影中心的空間坐標(biāo)值為(XSi,YSi,ZSi),所述相機(jī)拍攝被攝物體的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)所述第一構(gòu)建模塊具體為:
以所述相機(jī)的掃描方向?yàn)闄M坐標(biāo)方向,以所述相機(jī)的飛行方向作為縱坐標(biāo)方向,構(gòu)建以所述連接點(diǎn)的橫坐標(biāo)為自變量和以所述連接點(diǎn)的縱坐標(biāo)為因變量的瞬時(shí)構(gòu)像方程:其中,f為所述相機(jī)的攝影中心到像片面的垂距,(x0,yx)為像主點(diǎn)坐標(biāo)值;b1=cosωi sinκi;b2=cosωi cosκi;b3=-sinωi;
第二確定模塊204,用于對(duì)于每一影像條帶,根據(jù)所述影像條帶的起始掃描時(shí)間、所述影像條帶的終止掃描時(shí)間以及所述影像條帶的像素個(gè)數(shù),確定所述影像條帶中每一像素的攝影時(shí)刻。
第二構(gòu)建模塊205,用于以所述當(dāng)前的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)為因變量,所述攝影時(shí)刻為自變量,構(gòu)建描述所述當(dāng)前空間姿態(tài)數(shù)據(jù)與所述攝影時(shí)刻之間的關(guān)系的外方位元素方程。
所述外方位元素方程的系數(shù)為矯正后的系數(shù),所述外方位元素方程的系數(shù)的初始值由所述第一確定模塊中的定軌定資數(shù)據(jù)確定。因?yàn)樵诔跏紩r(shí),定軌定資數(shù)據(jù)是確定已知的,所以可以根據(jù)確定已知的定軌定姿數(shù)據(jù)計(jì)算外方位元素方程的系數(shù)。
線陣CCD傳感器獲得的衛(wèi)星影像在同一攝影時(shí)刻具有相同的空間姿態(tài)數(shù)據(jù),由于CCD傳感器所在的衛(wèi)星受外界阻力小,飛行軌道平穩(wěn),姿態(tài)變化小,因此在某一范圍內(nèi),可以近似認(rèn)為空間姿態(tài)數(shù)據(jù)是時(shí)間的低階函數(shù)??刹捎萌缦聰?shù)學(xué)模型對(duì)攝影時(shí)刻t的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)加以表示。
第二構(gòu)建模塊具體用于:以當(dāng)前的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)為因變量,所述攝影時(shí)刻為自變量,構(gòu)建描述當(dāng)前空間姿態(tài)數(shù)據(jù)與所述攝影時(shí)刻之間的關(guān)系的外方位元素方程:其中,q0,q1,q2,m0,m1,m2,n0,n1,n2為二次多項(xiàng)式系數(shù),t為攝影時(shí)刻。
整理模塊206,用于依據(jù)所述外方位元素方程,將所述瞬時(shí)構(gòu)像方程整理成以所述地面坐標(biāo)值為變量的共線方程。
整理模塊包括:確定單元,用于依據(jù)所述外方位元素方程以及所述攝影時(shí)刻,確定所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)整理單元,用于將所述瞬時(shí)構(gòu)像方程整理為:其中,
若e幅衛(wèi)星影像含有同一空間點(diǎn),則總共有e個(gè)形如共線方程求解地面坐標(biāo)值(X,Y,Z)。
第一計(jì)算模塊207,用于用于對(duì)于每一連接點(diǎn),將所述連接點(diǎn)中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值帶入所述共線方程,計(jì)算出所述被攝物體中與所述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的地面坐標(biāo)值。
若e幅衛(wèi)星影像含有同一空間點(diǎn),則總共有e個(gè)形如共線方程求解地面坐標(biāo)值(X,Y,Z)。
選擇模塊208,用于選擇所述至少兩幅衛(wèi)星影像中的第一幅衛(wèi)星影像。
第三構(gòu)建模塊209,用于將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值作為確定值,對(duì)于所述第一幅衛(wèi)星影像中每一像點(diǎn),將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值以及外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量帶入所述共線方程,獲得以所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值作為因變量,以所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量為自變量的誤差方程。
第三構(gòu)建模塊具體用于:
將所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值(X,Y,Z)作為確定值,把所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)(x,y)視為變量,將所述x修正為x+vx,將所述y修正為y+vy,將q0修正為q0+Δq0,將q1修正為q1+Δq1,將q2修正為q2+Δq2,將m0修正為m0+Δm0,將m1修正為m1+Δm1,將m2修正為m2+Δm2,將n0修正為n0+Δn0,將n1修正n1+Δn1,將n2修正為n2+Δn2,將(x+vx,y+vy)、q0+Δq0、q1+Δq1、q2+Δq2、m0+Δm0、m1+Δm1、m2+Δm2、n0+Δn0、n1+Δn1、n2+Δn2帶入所述共線方程,獲得誤差方程:V=AT-l,其中,v=[vx vy]T,T=[Δq0 Δq1 Δq2 Δm0 Δm1Δm2 Δn0 Δn1 Δn2]T,l=[lx ly]T,A矩陣為所述瞬時(shí)構(gòu)像方程對(duì)所述外方位元素方程的系數(shù)求偏導(dǎo)獲得的。
依據(jù)所述共線方程獲得誤差方程:V=AT-l,具體的實(shí)現(xiàn)方式可以是:把相應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)值(x,y)視為觀測(cè)值,加入相應(yīng)的改正數(shù)vx,vy,代入共線方程并結(jié)合外方位元素方程,泰勒一階展開(kāi)取一次項(xiàng),使之線性化得到誤差方程式的一般形式:
用矩陣形式表示為:V=AT-l,其中,每一對(duì)連接點(diǎn)的坐標(biāo)值即可列出誤差方程。
第二獲取模塊210,用于依據(jù)最小二乘間接平差方法,獲取所述誤差方程的法方程式,所述法方程式包括由所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的觀測(cè)權(quán)值組成的觀測(cè)權(quán)值矩陣,所述觀測(cè)權(quán)值矩陣的初始值為單位矩陣,所述觀測(cè)權(quán)值矩陣與由前一次所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值組成的誤差值矩陣有關(guān)。
第二獲取模塊具體用于:
依據(jù)最小二乘間接平差方法,獲取所述誤差方程的法方程式:ATPAT=ATPL,其中,P矩陣為由所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的觀測(cè)權(quán)值組成的觀測(cè)權(quán)值矩陣,P矩陣中各個(gè)觀測(cè)權(quán)值的橫坐標(biāo)方向的權(quán)值Px為,vx為前一次所述第一幅衛(wèi)星影像中該像點(diǎn)的橫坐標(biāo)的誤差值,P矩陣中各個(gè)觀測(cè)權(quán)值的縱坐標(biāo)方向的權(quán)值Py為,Py為前一次所述第一幅衛(wèi)星影像中該像點(diǎn)的縱坐標(biāo)的誤差值,k0=σ0;k1=3σ0,初始權(quán)矩陣P=E,σ0為所述第一幅衛(wèi)星影像中所有像點(diǎn)的誤差值的中誤差。
具體的,可以是依據(jù)x方向的權(quán)值Px可使用像點(diǎn)的x方向的殘差值vx與所有殘差vx的中誤差值σ0確定,采用殘差大權(quán)值小,殘差小權(quán)值大的原理。
同理,y方向的權(quán)值Py采用殘差值vy和同上述原理確定。式中k0=σ0;k 1=3σ,0設(shè)初始權(quán)矩陣P=E(E為單位矩陣),v為各像點(diǎn)的殘差,可由后方交會(huì)解算得到并作為下一次求權(quán)的依據(jù),以達(dá)到剔除粗差的目的。
第三獲取模塊211,用于通過(guò)所述法方程式獲得所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量。
第二計(jì)算模塊212,用于根據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量以及所述誤差方程,計(jì)算所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值。
第三計(jì)算模塊213,用于計(jì)算所述第一幅衛(wèi)星影像中各個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)值的誤差值的中誤差。
矯正模塊214,用于當(dāng)所述中誤差小于預(yù)設(shè)閾值時(shí),當(dāng)所述中誤差值小于預(yù)設(shè)閾值時(shí),依據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量對(duì)所述當(dāng)前的定軌定資數(shù)據(jù)中的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,控制所述衛(wèi)星中的相機(jī)以所述矯正后的定軌定資數(shù)據(jù)對(duì)所述被攝物體進(jìn)行拍攝,結(jié)束。
觸發(fā)模塊215,用于當(dāng)所述中誤差大于或等于預(yù)設(shè)閾值時(shí),依據(jù)所述外方位元素方程中各個(gè)系數(shù)的誤差量對(duì)所述外方位元素方程中的系數(shù)進(jìn)行校正,獲得矯正后的空間姿態(tài)數(shù)據(jù),以及矯正后的所述外方位元素方程的系數(shù),觸發(fā)所述第一構(gòu)建模塊203。
本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于電荷藕合器件圖像傳感器的衛(wèi)星影像定位裝置中,達(dá)到在沒(méi)有地面控制點(diǎn)條件下,僅外定標(biāo)獲得的定軌定資數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星的相機(jī)在該定軌定資數(shù)據(jù)下拍攝的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù),對(duì)衛(wèi)星的定軌定資數(shù)據(jù)中的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。具體的,利用定軌定姿數(shù)據(jù)和連接點(diǎn)坐標(biāo)、與連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)二次多項(xiàng)式構(gòu)建空間姿態(tài)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的外方位元素方程,基于共線方程,獲取連接點(diǎn)的地面坐標(biāo)值以及利用最小二乘法迭代求解空間姿態(tài)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)在于在求解過(guò)程中,視像點(diǎn)的地面坐標(biāo)值為真值,保持不變,而把像點(diǎn)坐標(biāo)視為觀測(cè)值,通過(guò)后方交會(huì)結(jié)合自適應(yīng)權(quán)值分配剔除粗差點(diǎn),求解獲取的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)在保證絕對(duì)定位精度與幾何定標(biāo)精度一致的情況下,能夠消除衛(wèi)星影像連接點(diǎn)的上下視差,同時(shí)提高RPC參數(shù)的擬合精度,滿足對(duì)衛(wèi)星的定位精度要求。
本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述,每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處,各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。
還需要說(shuō)明的是,在本文中,諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái),而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且,術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含,從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素,而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素,或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下,由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
對(duì)所提供的實(shí)施例的上述說(shuō)明,使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例,而是要符合與本文所提供的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。