一种高分辨率三线阵卫星沿轨方向姿态颤振的探测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种卫星姿态颤振的探测方法，尤其是设及一种高分辨率=线阵卫星 沿轨方向姿态颤振的探测方法。
【背景技术】
[0002] 平台姿态的稳定性，是决定高分辨率卫星几何定位精度的关键因素之一，而卫星 平台颤振是高分辨率卫星在轨运行普遍存在的复杂现象，对成像几何精度的影响是一个尚 未解决的科学难题。许多遥感卫星受到姿态颤振的影响导致几何定位精度大幅下降，平台 颤振是国内外遥感卫星在几何定位方面共同面临的挑战（Iwasaki，2011)。
[0003] 解决姿态颤振最常规的方法是在卫星上安装具有更高测量精度和更高采样频率 的姿态传感器，但无疑增加了卫星的制造成本，最重要的是，对于已在轨运行的卫星，该方 法则是无法实现的（LehnerandMilller, 2003;Schwindetal. , 2009)。另一种姿态颤振 探测方法是，利用密集的地面控制点改正卫星姿态颤振（Shinetal., 1997)。Gwinneret al. (2010)开发了连续摄影测量平差（SequentialPhotogrammetricAdjustment)方法， 利用激光高度计数据生成的DEM(数字高程模型）作为地面控制数据，用于改正火星快车的 HRSC影像受到的颤振影响，结果显示颤振改正后生成的DEM中不再包含周期性的误差。该 些方法依赖于外部地面控制数据，而控制数据的获取需要较高的人力和经济成本。Tonget al. (2015c)提出一种基于=线阵影像的垂轨方向颤振探测方法，该方法能够有效探测=线 阵传感器在垂轨方向上受到的姿态颤振影响，但是无法探测沿轨方向姿态颤振。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法先进、计算 精确、应用范围广的高分辨率=线阵卫星沿轨方向姿态颤振的探测方法。
[0005] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[0006] -种高分辨率=线阵卫星沿轨方向姿态颤振的探测方法，包括W下步骤：
[0007] 1) S线阵影像同名点匹配，并进行匹配粗差剔除；
[0008] 2)获取=线阵影像沿轨方向投影偏差，并建立颤振估计函数模型；
[0009] 3)S线阵影像沿轨方向姿态颤振估计。
[0010] 所述的步骤1)具体包括W下步骤：
[0011] 11)根据SIFT匹配算法，获取初始的同名点，采用相对定向的方法，消除立视影像 之间相对的系统性偏差，使得同名摄影光线相交于同一物方点；
[001引将下视影像作为参考影像，WNXN像素大小的空间格网点作为待匹配点，利 用基于几何约束的互相关方法在=视影像上进行同名点的匹配；
[0013] 13)通过设定相关系数阔值剔除部分粗差点，结合相对定向参数，通过前方交会获 取=线阵同名点对应的物方点坐标，并将物方点分别投影至=个影像的像方空间，计算相 应的匹配点与投影点之间的像方偏差d'，统计像方偏差的平均值y和标准差0,剔除粗 差点公式为：
[0014]
【主权项】
1. 一种高分辨率三线阵卫星沿轨方向姿态颤振的探测方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 三线阵影像同名点匹配，并进行匹配粗差剔除； 2) 获取三线阵影像沿轨方向投影偏差，并建立颤振估计函数模型； 3) 三线阵影像沿轨方向姿态颤振估计。
2. 根据权利要求1所述的一种高分辨率三线阵卫星沿轨方向姿态颤振的探测方法，其 特征在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤： 11) 根据SIFT匹配算法，获取初始的同名点，采用相对定向的方法，消除三视影像之间 相对的系统性偏差，使得同名摄影光线相交于同一物方点； 12) 将下视影像作为参考影像，以NXN像素大小的空间格网点作为待匹配点，利用基 于几何约束的互相关方法在三视影像上进行同名点的匹配； 13) 通过设定相关系数阈值剔除部分粗差点，结合相对定向参数，通过前方交会获取三 线阵同名点对应的物方点坐标，并将物方点分别投影至三个影像的像方空间，计算相应的 匹配点与投影点之间的像方偏差d'，统计像方偏差的平均值μ和标准差σ，剔除粗差点 公式为：
3. 根据权利要求1所述的一种高分辨率三线阵卫星沿轨方向姿态颤振的探测方法，其 特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤： 21) 利用同名点对三线阵影像进行相对定向处理，结合相对定向参数，将前、后视影像 中受到颤振影响的同名点，通过前方交会获取受到颤振影响的地面点G'的坐标，并将地面 点G'后向投影至下视影像的像方空间，获得地面点坐标的投影点； 22) 计算投影点与相应的下视匹配像点之间的偏差，即三线阵影像的系统性误差和颤 振误差共同引起的视差d' χ123:
其中，Ax1S姿态角Pitch在下视影像上造成的像方偏差，Δχ2*姿态角Pitch在前视 影像上造成的像方偏差，Δ X3为姿态角Pitch在后视影像上造成的像方偏差，κ 下视影 像的分辨率，K2为前视影像的分辨率，κ 3为后视影像的分辨率，XjPy1为下视影像上同名 点的像方坐标，xjp y 2为前视影像上同名点的像方坐标，X 3和y 3为后视影像上同名点的像 方坐标，叫，bi，Cl，a2, b2, c2, a3, b3, 〇3分别为下、前、后视影像系统误差的仿射模型系数，f为 焦距，〖2和〖3分别为下、前、后视影像曝光时刻，β 2为前视传感器视线矢量与下视传感 器视线矢量的夹角，β3为后视传感器视线矢量与下视传感器视线矢量的夹角，J Pitdl (t)为 轨道姿态角Pitch颤振函数模型，t为卫星的飞行时间，Ai为第i个谐波分量的振幅，ω 第i个谐波分量的角频率，的为第i个谐波分量的振幅，角频率和初始相位值； 23)利用基于仿射补偿模型的相对定向，消除三线阵影像之间相对的系统性误差，得到 投影偏差dxl23:
其中，^为同名点行坐标的残差向量。
4.根据权利要求1所述的一种高分辨率三线阵卫星沿轨方向姿态颤振的探测方法，其 特征在于，所述的步骤3)具体包括以下步骤： 根据颤振估计函数模型，建立最优化目标函数，并根据最优化估计算法，估计颤振模型 中的参数，使得目标函数最小，得到姿态角Pitch颤振函数模型Jpitah(t)的参数结果，包括 谐波分量的振幅、角频率和初始相位值，消除由于颤振造成的行坐标残差向量， 所述的目标函数为：
【专利摘要】本发明涉及一种高分辨率三线阵卫星沿轨方向姿态颤振的探测方法，包括以下步骤：1)三线阵影像同名点匹配，并进行匹配粗差剔除；2)获取三线阵影像沿轨方向投影偏差，并建立颤振估计函数模型；3)三线阵影像沿轨方向姿态颤振估计。与现有技术相比，本发明具有方法先进、计算精确、应用范围广等优点。
【IPC分类】G01C11-14
【公开号】CN104864853
【申请号】CN201510232706
【发明人】童小华, 李凌云, 金雁敏, 刘世杰, 叶真, 谢欢, 陈鹏, 徐聿升, 王凤香, 孙文正
【申请人】同济大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月8日