基于正向和反向相结合的卫星影像像地坐标模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于正向和反向相结合的卫星影像像地坐标模拟方法，用于解决现有卫星影像像地坐标模拟方法因受数据源制约而导致实用性差的技术问题。技术方案是建立扫描坐标系，生成前视和后视影像像点坐标，并根据摄影时影像的采样频率计算摄影时刻的外方位元素；将以像素为单位的像点坐标转换为像平面坐标系中的坐标后，利用前方交会公式计算出地面点坐标；根据计算出的地面坐标和内外方位元素，利用共线方程计算前视、后视影像上的像点坐标；通过循环迭代实现卫星影像像点和地面点坐标模拟。本发明专利技术无需数字高程模型支持，通过空间前方交会和迭代计算像点坐标的方式，解决了正向模拟在垂直飞行方向上坐标值存在差异的问题，实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种卫星影像像地坐标模拟方法，特别是涉及一种基于正向和反向相结合的卫星影像像地坐标模拟方法。
技术介绍
光学测绘卫星像点量测数据模拟，就是建立像点、投影中心及地面点三者间的对应关系，是进行后续摄影测量处理的基本数据，也是预先客观评估卫星影像定位精度的有效支撑。在卫星研制初期，符合其技术状态的真实卫星影像数据缺乏，无法充分验证理论及算法的正确性。卫星影像像点和地面点数据模拟，一般可以根据卫星光学系统严格成像模型来进行，主要方法包括由像点坐标计算地面点坐标的正向模拟和由地面点坐标计算像点坐标的反向模拟。文献“三线阵CCD影像卫星摄影测量原理，测绘出版社，2006，p14”公开了正向模拟和反向模拟的具体步骤，但并未对两种方法各自存在的问题进行深入分析。正向模拟根据两根光线前方交会的原理，直接计算地面点坐标。该方法简单易行，计算中无需迭代。但受外方位元素测量精度及卫星姿态稳定度的影响，以左摄站和右摄站为基准分别计算地面点坐标后，在垂直飞行方向上坐标值存在较大差异。经研究发现，该差异量值相当，符号相反，取中数后即可抵消。使用该方法不影响立体交会分析定位精度，但其用于光束法平差、单片定位时，将影响理论验证及精度分析结果。反向模拟通过地面点坐标循环迭代计算出像点坐标，可避免正向模拟存在差异的问题，但前提条件是必须基于已有数字高程模型数据，且数字高程模型范围要与外方位元素范围基本一致，受数据源的制约。
技术实现思路
为了克服现有卫星影像像地坐标模拟方法因受数据源制约而导致实用性差的不足，本专利技术提供一种基于正向和反向相结合的卫星影像像地坐标模拟方法。该方法建立以影像左上角为坐标原点的扫描坐标系，生成前视和后视影像以像素为单位的像点坐标，并根据摄影时影像的采样频率计算摄影时刻的外方位元素；将以像素为单位的像点坐标转换为像平面坐标系中的坐标后，利用前方交会公式计算出地面点坐标；根据计算出的地面坐标和内外方位元素，利用共线方程计算前视、后视影像上的像点坐标；通过循环迭代实现无数字高程模型的条件下，卫星影像像点和地面点坐标模拟。由于根据光学卫星影像的特点，结合现有的像点和地面点坐标模拟方法，利用基于正向和反向相结合的方法对卫星影像像点和地面点坐标进行模拟，在无需数字高程模型支持下，通过空间前方交会和迭代计算像点坐标的方式，解决了正向模拟在垂直飞行方向上坐标值存在差异的问题，实用性强。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于正向和反向相结合的卫星影像像地坐标模拟方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、在扫描坐标系中生成前视影像像点坐标和后视影像像点坐标坐标单位为像素，原点分别位于前视、后视影像的左上角。t与飞行方向一致，y垂直于飞行方向。步骤二、根据摄影时影像的采样频率，利用和计算出前视相机摄影时刻对应的外方位元素及后视相机摄影时刻对应的外方位元素步骤三、利用步骤一中生成的像点坐标和计算对应像平面坐标系中的坐标和计算公式为：式中，yol,yor分别为前视和后视相机CCD线阵上端点至像主点的像元数，pixel为像元大小。步骤四、根据像点坐标、内方位元素和外方位元素，利用空间前方交会公式计算得到地面点在大地坐标系中的坐标(XA,YA,ZA)；步骤五、根据地面点坐标、内方位元素和外方位元素数据，利用共线条件方程计算新的前视、后视像点在像平面坐标系中的坐标本专利技术的有益效果是：该方法建立以影像左上角为坐标原点的扫描坐标系，生成前视和后视影像以像素为单位的像点坐标，并根据摄影时影像的采样频率计算摄影时刻的外方位元素；将以像素为单位的像点坐标转换为像平面坐标系中的坐标后，利用前方交会公式计算出地面点坐标；根据计算出的地面坐标和内外方位元素，利用共线方程计算前视、后视影像上的像点坐标；通过循环迭代实现无数字高程模型的条件下，卫星影像像点和地面点坐标模拟。由于根据光学卫星影像的特点，结合现有的像点和地面点坐标模拟方法，利用基于正向和反向相结合的方法对卫星影像像点和地面点坐标进行模拟，在无需数字高程模型支持下，通过空间前方交会和迭代计算像点坐标的方式，解决了正向模拟在垂直飞行方向上坐标值存在差异的问题，实用性强。下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。具体实施方式本专利技术基于正向和反向相结合的卫星影像像地坐标模拟方法具体步骤如下：以天绘一号卫星技术状态参数，进行数据模拟。算例数据中，前视相机焦距fl'＝717.0mm，后视相机焦距fr'＝717.0mm，相机交会角αl＝25°，αr＝-25°卫星轨道高500km，像元大小pixel＝0.0065mm，线阵长度12000像元，卫星飞行时间约100秒。步骤一、在扫描坐标系中生成前视影像像点坐标和后视影像像点坐标坐标单位为像素，原点分别位于前视、后视影像的左上角。t与飞行方向一致，y垂直于飞行方向。步骤二、根据摄影时影像的采样频率，利用和计算出前视相机摄影时刻对应的外方位元素及后视相机摄影时刻对应的外方位元素步骤三、利用步骤一中生成的像点坐标和计算对应像平面坐标系中的坐标和计算公式为：式中，yol,yor分别为前视和后视相机CCD线阵上端点至像主点的像元数，pixel为像元大小。步骤四、根据像点坐标、内方位元素和外方位元素，利用空间前方交会公式计算得到地面点在大地坐标系中的坐标(XA,YA,ZA)；步骤五、根据地面点坐标、内方位元素和外方位元素数据，利用共线条件方程计算新的前视、后视像点在像平面坐标系中的坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于正向和反向相结合的卫星影像像地坐标模拟方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在扫描坐标系中生成前视影像像点坐标和后视影像像点坐标坐标单位为像素，原点分别位于前视、后视影像的左上角；t与飞行方向一致，y垂直于飞行方向；步骤二、根据摄影时影像的采样频率，利用和计算出前视相机摄影时刻对应的外方位元素及后视相机摄影时刻对应的外方位元素步骤三、利用步骤一中生成的像点坐标和计算对应像平面坐标系中的坐标和计算公式为：yli,=(yol-yli)·pixel]]>yri,=(yor-yri)·pixel]]>式中，yol,yor分别为前视和后视相机CCD线阵上端点至像主点的像元数，pixel为像元大小；步骤四、根据像点坐标、内方位元素和外方位元素，利用空间前方交会公式计算得到地面点在大地坐标系中的坐标(XA,YA,ZA)；步骤五、根据地面点坐标、内方位元素和外方位元素数据，利用共线条件方程计算新的前视、后视像点在像平面坐标系中的坐标

【技术特征摘要】
1.一种基于正向和反向相结合的卫星影像像地坐标模拟方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在扫描坐标系中生成前视影像像点坐标和后视影像像点坐标坐标单位为像素，原点分别位于前视、后视影像的左上角；t与飞行方向一致，y垂直于飞行方向；步骤二、根据摄影时影像的采样频率，利用和计算出前视相机摄影时刻对应的外方位元素及后视相机摄影时刻对应的外方位元素步骤三、利用步骤一中生成的像点坐标和计算对应像平面坐标系中的坐标和计算公式为：yli,=(yol-y...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建荣，杨秀策，周瑜，缪毓喆，刘薇，黄艳，
申请(专利权)人：中国人民解放军总参谋部测绘研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61