一种分米级星载tdiccd立体测绘相机成像仿真方法和系统的制作方法_3

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L与目标区域中屯、经度Lc的偏差AL,步骤S203具体包括:
[0152] 用最小二乘法得到经度和缔度的对应关系式:
[0153] 1 = 3+13地+(3地2+(1地3
[0154] 其中a,b,C,d为星下点缔度B与经度L间的最小二乘拟合系数。
[01巧]将模拟目标区域中屯、缔度Bc带入运个关系式,求得的经度L与目标区域中屯、经度 Lc的偏差A L
[0156] AL = Lc-L
[0157] 步骤S204,卫星原点大地坐标的经度以(i = 0,1,…)加上A L,得到卫星原点的星 下点通过目标区域中屯、点化c,Bc)的卫星原点大地坐标序列化/i,Bi,出)((i = 0,l,…),l/i 二以+ A L)。
[0158] 步骤S205,将卫星原点大地坐标序列化/i,Bi,出)转换成地屯、直角坐标序列(公1, Y'i,Z'i)(i = 0,l,…),计算公式为:
[0159] X=(化 H)*cos(B)*cos(L)
[0160] Y=(化 H)*cos(B)*sin(L)
[0161] Z=(N*(l-e2)+H)*sin(B)
[0162] 其中,(L,B,H)为(L/i,Bi,出)序列的任一组数据,(X,Y,Z)为对应序 列的数据卢 ^i-e2*sin(S)2
[0163] a = 6378137
[0164] e = V〇.〇〇669437999013
[01 化]e, = Vo.006739496742277
[0166] 步骤S206,返回步骤201,利用公式(I)计算卫星原点^1,¥1,21)时将角度目加上 0.00002度。
[0167] 步骤S207,重复步骤S202至S206,得到新的卫星原点地屯、直角坐标序列(X"i,Y"i, Z"i)。
[016引步骤S208,计算卫星原点速度序列(Vxi,Vyi,Vzi):
[0169] Vxi= (X"i-X'i)/(T*0.00002/360)
[0170] Vyi= (Y"i-Y'i)/(T*0.00002/360)
[0171] Vzi=U"广 Z'i)/(T*0.00002/360)
[01巧其中第i组卫星原点位置速度对应时间为:Ti = To+i*0.1。
[0173] 步骤S209,保存卫星原点轨迹数据(Ti,i,r i,i,Vxi,Vyi,Vzi)。
[0174] 目P,生成了时刻Ti对应的卫星本体坐标系原点的位置、速度数据。
[01巧]步骤S3,计算卫星姿态数据。
[0176] 通过功率谱反推方法计算卫星的=轴高频姿态数据,与=轴指向精度数据相加得 到卫星本体坐标系相对局部轨道坐标系的=轴姿态数据。
[0177] 姿态建模的目的是获取符合卫星姿态设计指标的成像每一时刻卫星本体坐标系 相对局部轨道坐标系的姿态角(yaw,pitch,roll),其中yaw为偏航角,pitch为俯仰角,roll 为滚动角。卫星的主要姿态设计指标包括:
[017 引;轴姿态指向精度(yaw0,pitch0,;roll0)^(30);
[0179];轴姿态稳定度(7日讯1如1油1,1'〇111),度/秒(3〇);
[0180] 本发明分两步获取卫星姿态参数:首先生成符合卫星设计姿态指向精度的系统指 向误差,然后,用功率谱分析法获取符合卫星设计姿态稳定度的姿态参数,将指向误差参数 和姿态参数相加得到最终的姿态参数。
[0181] 步骤S3具体包括:
[0182] 步骤301,计算指向误差参数:
[0183]根据S轴姿态指向精度(7曰*日,口;11油日,1'〇11日)生成^轴指向角误差参数:
[0184] yawo^ = 1.0 ? rand()/RAND_MAX ? yawo [01 化]pitcho' = 1.0 ? rand( )/RAND_MAX ? pitcho
[0186] rollo' =1.0 ? rand〇/RAND_MAX ? rollo
[0187] 其中,randO为C++的均匀分布随机整数生成器,RAND_MAX为最大随机整数。
[0188] 步骤302,利用功率谱分析法获取姿态参数:
[0189] 步骤S3021,根据模拟设置的多个频段中屯、频率V、频段宽度W及该频段的幅值A (Wi,Vi ,Al) (i表示第i组模拟频段参数)生成滤波器:
[0191] Q(V)为频率V处的滤波系数,n为设置的频段个数。
[0192] 步骤S3022,生成随机振动功率谱 \.0*rand{)lRAND_MAX rand〇V〇2 = O 「01931 F( = -I - -l.O*mnd〇/RAND MAX rand{)%2 = \
[0194]其中,F(V)为频率V处的功率谱数据。rand()为随机正整数,RAND_MAX为随机正整 数的最大范围。
[01M]步骤S3023,对随机振动功率谱数据进行频率域滤波得到姿态振动功率谱:
[0196] F(V)'=Q(V)冲(V)
[0197] 步骤S3024,反傅立叶变换变回时间域得一个姿态角的姿态数据序列:
[019引 f(ti) = IFFT(F(v)')
[0199] 其中,i表示第i个姿态角,ti表示第i个姿态角的时间,设频率域的最高频率为 Vmax ,贝[J ti - 1 . 0/vmax*i。
[0200] 步骤S303,将通过步骤S301得到的指向误差参数和通过步骤S302得到的姿态参数 相加得到最终的姿态参数。
[0201] 步骤S303具体包括:
[0202] 每隔1秒统计生成的姿态角序列f(ti)的均方差O,将姿态角序列的每个姿态角乘 W 〇/(3yawi),然后加上偏航指向角系统量yaw/日,得到偏航姿态角序列:
[0203] yaw(ti) = f (ti)*〇/(3*yawi)+yaw' 0
[0204] 将姿态角序列的每个姿态角乘W〇/(3pitchi),然后加上俯仰指向角系统量 pitch/日,得到俯仰姿态角序列:
[0205] pitch(ti) = f (ti)*〇/(3*pitchi)+pitch' 0
[0206] 将姿态角序列的每个姿态角乘W日/(3rolh),然后加上滚动指向角系统量roll%, 得到滚动姿态角序列:
[0207] r〇ll(ti) = f(ti)*〇/(3*rolli)+roll'o。
[0208] 姿态数据是决定影像立体几何精度的关键数据。由于输入Pleiades数据范围远小 于仿真影像的数据范围,最终的仿真影像只会覆盖整景仿真影像的一部分区域和高度。为 了更好的评估整景影像的几何精度,需要进行多次实验,使有效仿真影像在任意姿态区间 的立体几何精度。要实现运个目标需要每次仿真时在上述已获取姿态的起始时间上加入一 个随机变量,本发明中将该随机变量的范围设为仿真姿态对应时间跨度的=分之一。
[0209] 步骤S4,相机几何建模,其包括两个部分:第一部分是计算相机安装模型,所述相 机安装模型计算所需的基本参数包括相机光学节点在卫星本体坐标系的安装位置(Xs,Ys, Zs)和相机测量坐标系相对卫星本体坐标系的安装角(yaws,pitchs,rolls);第二部分是计 算TDI CCD崎变模型。
[0210] 步骤S4具体包括W下步骤:
[0211] 步骤S401,计算相机安装模型。
[0212] 相机安装模型计算所需的基本参数包括相机光学节点在卫星本体坐标系的安装 位置(Xs,Ys,Zs)和相机测量坐标系相对卫星本体坐标系的安装角(yaws,pitchs,rolls)^ 于相机安装的过程中会存在一定的偏差,实际的安装角并不等于理想值,本发明使用的相 机安装角为理想安装值。步骤S401具体包括W下子步骤:
[0213] S4011,将相机光学节点位置结合成像时刻转换到物方坐标系:
[0214] S4012,根据相机安装角计算相机测量坐标系相对卫星本体坐标系的旋转矩阵 Tset;
[0215]其中,相机测量坐标系相对卫星本体坐标系的旋转矩阵rset为: 脚 6] r化,=Mp,* Mr:* My,
[0217]其中,
[0221] S4013,计算相机光学节点在卫星本体坐标系的安装向量U在WGS84地球固连坐标 系的向量:
[0222] U' = rl, *U
[0223] 其中,设相机光学节点在卫星本体坐标系的安装位置为(Xs,Ys,Zs),则U为卫星本 体坐标系原点到(Xs,Ys,Zs)的向量,为卫星本体坐标系相对t时刻的局部轨道坐标系的旋 转矩阵,r。'为卫星本体坐标系原点与WGS84地球固连坐标系对应旋转矩阵。
[0224] 下面作进一步说明:
[0225] 由于地面物理模型所在的坐标系是WGS84地球固连坐标系,因此需要将相机节点 的运行轨迹转换到WGS84地球固连坐标系。设卫星本体坐标系原点到(Xs,Ys,Zs)的向量为U, 则
[0227] 上面已求得相机测量坐标系相对卫星本体坐标系的旋转矩阵为tset。卫星本体坐 标系相对t时刻的局部轨道坐标系的姿态角为(yaw, pitch, roll),对应旋转矩阵为
[0。引 芦
[0229]其中,

[023引卫星本体坐标系原点在W G S 8 4地球固连坐标系的位置速度矢量为 (《乂',《,巧,辟,Fi。),对应旋转矩阵为吃: -K Ko C,-
[0234] r'= 7; V;, 名咕c:_
[0235] [义乂,马f为卫星位置归一化向量;
[0236] [巧。,哈,哈f为卫星速度归一化向量;
[0237] [Cx,Cy,Czf为[JC};'スf和於。パ。,咕f的叉积;
[0238] 则相机光学节点在卫星本体坐标系的安装向量U在WGS84地球固连坐标系的向量 形式为: 乂-
[0239] = Z:
[0240] S4014,得到相机光学节点的运行位置为:
[02创其中,识乂,却r为卫星位置归一化向量,战乂,Z:f为相机光学节点在卫星本 体坐标系的安装位置向量在地球固连坐标系的形式。
[0243] S4015,设相机成像的积分时间值为Ato, t+A to时刻的相机光学节点的运行位置 为>t时刻相机光学节点的速度矢量为:
[0245]该速度矢量在地面的投影为:
[0247] 其中Hobt为轨道高度。
[0248] 设CCD尺寸为a相,a单位为米,相机主距为f,则地面分辨率GR = a/巧化bt。
[0249] 实际积分时间为:
[0251 ]重新计算t时刻相机光学节点的速度矢量为:
[0253] 将所有时间节点的速度矢量投影也保存下来用于计算仿真影像起算时间。
[0254] 卫星成像时间区间内一定时间间隔(卫星下传轨道数据时间间隔的十分之一)的 相机光学节点"时间-位置-速度"数据是仿真流程中光线向量计算的基础。
[0巧日]S402计算TDI CCD崎变模型。
[0256]每片TDI CCD的安装误差用一个WCCD列坐标为变量的二阶多项式表示,常数项表 示平移,一阶项表示整体旋转,二阶项表示弯曲。根据相机光学系统的崎变模型将不同视场 的崎变量换算为像面位置误差,与安装误差多项式的常数项相加。计算每个(用i表示CCD列 号)CCD在垂直TDI积分方向的崎变量OCSi和每个CCD在沿TDI积分方向的崎变量OASi。两个CCD 列之间的亚像元点(列坐标为C,i < C < i+1)的崎变量为:
[0 巧 7] 〇wk) = 〇Asr0.5<c-i<0
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