一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法及系统。基于DOM和DSM参考数据匹配得到的控制点为观测值，在当前定标参数和基于该定标参数拟合的RPC参数的基础上，采用最小二乘方法进行在轨几何定标解算。本发明专利技术进行在轨几何定标时，无需从业务运行的地面处理系统中额外生产姿轨时辅助数据，避免了严格几何成像模型构建中复杂的辅助数据处理和多个坐标系统的转换，解决了传统定标方法存在的模型复杂和工作量大的问题，具有较高的实用性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法及系统


[0001]本专利技术属于光学卫星遥感影像处理领域，特别是涉及一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法及系统。

技术介绍

[0002]在轨几何定标是光学遥感卫星几何处理的一个重要环节，是补偿卫星成像模型中的系统性几何误差、改善卫星影像几何质量的必要手段。通常来说，为了与光学遥感卫星的地面数据处理系统切合，在轨几何定标都是基于严格几何成像模型进行处理的，地面处理系统通过在数据生产中调用检校好的相机参数来改善卫星影像的几何精度。虽然在轨几何定标方法在摄影测量原理上只是简单的后方交会，但卫星成像系统是集成姿态、轨道、时间多类观测数据的复杂测量系统，其严格几何成像模型的构建涉及复杂的姿轨时辅助数据处理和多个坐标系统的转换，以及每次进行定标时需要在日常业务化运行的处理系统中单独生产辅助数据，导致了传统的基于严格几何成像模型的在轨定标方法不仅模型复杂，而且需要很多费时费力的工作来辅助定标工作的完成，这对于需要高频率在轨标定的卫星而言，无疑是一项繁重的工作。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对传统的基于严格几何成像模型的面阵光学遥感卫星影像在轨几何定标方法存在的模型复杂、处理工作量大的问题，提供一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法及系统，只需利用当前的定标参数及基于该定标参数拟合的RPC，在地面控制点的约束下即可重新生成用于地面处理系统严格几何成像模型的定标参数，补偿当前成像模型中的系统几何误差，改善卫星影像的几何精度。本专利技术提出的方法只需影像和RPC二级产品，无需额外生产姿轨时辅助数据，且无需构建复杂的严格几何成像模型，具有处理简单方便的特点，极其适用于需要高频在轨几何定标的光学遥感卫星。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1，选取定标景影像及定标景影像区域参考影像，并在参考影像上匹配一定数量的控制点；
[0006]步骤2，基于定标景影像当前的RPC参数，计算控制点对应的虚拟像点坐标；
[0007]步骤3，采用载荷探元指向角构建成像载荷的定标模型，并引入二元三次多项式拟合面阵探元指向角，进而确定定标解算参数；
[0008]步骤4，基于每个控制点的真实像点和虚拟像点构建几何定标平差优化模型；
[0009]步骤5，在平差优化模型的基础上，逐点建立每对像点的误差方程，采用最小二乘方法解算定标参数改正值，并更新定标参数，重复步骤4和5直到连续两次解算的定标参数的差值小于预设的限差λ时，解算完成；
[0010]步骤6，在定标参数基础上重新拟合RPC，并基于新生成的RPC评价在轨几何定标对
影像的绝对几何定位精度和内部几何精度的改善效果。
[0011]而且，所述步骤1中首先选取无云且辐射质量较好的影像为定标景影像，同时提供该影像此时的定标参数以及基于该定标参数拟合的RPC文件，选取定标景影像覆盖区域的DOM和DSM参考数据，从定标景影像和DOM数据上匹配一定数量的同名像点，然后基于DOM上点位的地理坐标从DSM数据插值相应的高程，进而得到均匀分布的控制点观测值，控制点的地面经度、纬度和高程坐标记为(Lon,Lat,Hei)，相应的像点坐标记为(x,y)。
[0012]而且，所述步骤2中基于匹配的地面控制点坐标(Lon,Lat,Hei)和定标景影像当前的RPC参数，采用RPC反算的方式，计算其对应的像方坐标，由于该坐标是计算的像点，不是匹配的真实像点，将其称为虚拟像点，记为(x',y')。
[0013]而且，所述步骤3中为了克服成像载荷的定标模型中内参数耦合的问题，建立一个广义的指向角模型，在相机坐标系o
‑
xyz中，通过主距归一化将每个CCD探元像方矢量V
image
的确定转换为计算两个方向的指向角由于卫星面阵传感器的焦距长、视场窄，高阶畸变在所有误差中所占的比例有限，采用两个二元三次多项式足以准确描述成像视场中每个探元的光线指向,即：
[0014][0015]式中，(s,l)代表探元号，(a
i
,b
i
)(i＝0,1,
…
9)为探元指向角模型的系数。
[0016]而且，所述步骤4中由于RPC模型是严格几何成像模型的高精度拟合，且影像成像模型中内外方位元素是完全相关的，因此影像实际外方位元素误差完全可以由改变内方位元素替代，即在定标中认为影像的姿轨外方位元素是不变的，而姿轨外方位元素不变时严格几何成像模型的物方是相同的。基于当前的定标参数在虚拟像点(x',y')处计算的指向角应与新的定标参数在真实像点(x,y)处计算的相同，得：
[0017][0018]然后基于相机文件提供的当前定标参数和待解算定标参数根据式(2)建立用于定标参数解算的平差方程，具体如下：
[0019][0020]由于当前定标参数和虚拟像点坐标(x',y')均已知，且在迭代优化过程中不变，因此可直接将虚拟像点坐标构建的方程视为常数，进而建立用于定标参数解算的平差方程：
[0021][0022]式中，
[0023]而且，所述步骤5中采用最小二乘方法解算定标参数，以定标参数的初值为输入，对第j对真实像点和虚拟像点构建的平差方法进行线性化，得到误差方程如下：
[0024]V
j
＝A
j
t
‑
L
j
P
j
(5)
[0025]式中，t为待解算定标参数改正数；P
j
为该对观测值的权，可直接设置为单位权矩阵；((G
x
),(G
y
))是基于定标参数当前值根据式(4)计算的平差方程当前值。
[0026]根据最小二乘平差原理，采用逐点法化建立法方程，进而得到定标参数改正数t的解为：
[0027]t＝W
‑1M(6)
[0028]式中，k为控制点数量。
[0029]根据计算的定标参数改正数更新当前定标参数，并将其作为下一次最小二乘解算的输入，重复步骤4
‑
5，迭代计算直至内定标参数改正数均小于预设的阈值λ时停止，迭代解算结束。
[0030]而且，所述步骤6中定标后影像的绝对几何定位精度可用于评价定标方法对于外方位元素误差等低阶系统几何误差的补偿效果，内部几何精度主要用于说明对成像载荷主距误差、光学畸变等高阶系统几何误差的补偿效果。对于绝对几何定位精度，可直接计算影像上均匀分布的检查点的像方残差，进而通过统计所有检查点像方残差的均值或中误差进行评价。但对于轨道高度较高的面阵卫星，由于其影像外方位元素稳定性可能较差，尤其偏航方向角元素误差的变化会导致影像内部出现旋转误差，因此在通过验证影像内部几何精度评价几何定标对高阶系统误差的补偿效果时，需要排除外方位元素等低阶误差的影响。
[0031]通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，选取定标景影像及定标景影像区域参考影像，并在参考影像上匹配一定数量的控制点；步骤2，基于定标景影像当前的RPC参数，计算控制点对应的虚拟像点坐标；步骤3，采用载荷探元指向角构建成像载荷的定标模型，并引入二元三次多项式拟合面阵探元指向角，进而确定定标解算参数；步骤4，基于每个控制点的真实像点和虚拟像点构建几何定标平差优化模型；步骤5，在平差优化模型的基础上，逐点建立每对像点的误差方程，采用最小二乘方法解算定标参数改正值，并更新定标参数，重复步骤4和5直到连续两次解算的定标参数的差值小于预设的限差λ时，解算完成。2.如权利要求1所述的一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法，其特征在于：还包括步骤6，在步骤5获得的定标参数基础上重新拟合RPC，并基于新生成的RPC评价在轨几何定标对影像的绝对几何定位精度和内部几何精度的改善效果。3.如权利要求1所述的一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法，其特征在于：步骤1中首先选取无云且辐射质量较好的影像为定标景影像，同时提供该影像此时的定标参数以及基于该定标参数拟合的RPC文件，选取定标景影像覆盖区域的DOM和DSM参考数据，从定标景影像和DOM数据上匹配一定数量的同名像点，然后基于DOM上点位的地理坐标从DSM数据插值相应的高程，进而得到均匀分布的控制点观测值，控制点的地面经度、纬度和高程坐标记为(Lon,Lat,Hei)，相应的像点坐标记为(x,y)。4.如权利要求3所述的一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法，其特征在于：步骤2中基于匹配的地面控制点坐标(Lon,Lat,Hei)和定标景影像当前的RPC参数，采用RPC反算的方式，计算其对应的像方坐标，由于该坐标是计算的像点，不是匹配的真实像点，将其称为虚拟像点，记为(x',y')。5.如权利要求4所述的一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法，其特征在于：步骤3中为了克服成像载荷的定标模型中内参数耦合的问题，建立一个广义的指向角模型，在相机坐标系o
‑
xyz中，通过主距归一化将每个CCD探元像方矢量V
image
的确定转换为计算两个方向的指向角由于卫星面阵传感器的焦距长、视场窄，高阶畸变在所有误差中所占的比例有限，采用两个二元三次多项式足以准确描述成像视场中每个探元的光线指向，即：式中，(s,l)代表探元号，(a
i
,b
i
)(i＝0,1,
…
9)为探元指向角模型的系数。6.如权利要求5所述的一种基于RPC的面阵成像遥感卫星在轨几何定标方法，其特征在于：步骤4中由于RPC模型是严格几何成像模型的高精度拟合，且影像成像模型中内外方位元素是完全相关的，因此影像实际外方位元素误差完全可以由改变内方位元素替代，即在定标中认为影像的姿轨外方位元素是不变的，而姿轨外方位元素不变时严格几何成像模型
的物方是相同的；基于当前的定标参数在虚拟像点(x',y')处计算的指向角应与新的定标参数在真实像点(x,y)处计算的相同，得：然后基于相机文件提供的当前定标参数和待解算定标参数根据式(2)建立用于定标参数解算的平差方程，具体如下：由于当前定标参数和虚拟像点坐标(x',y')均已知，且在迭代优化过程中不变，因此可直接将虚拟像点坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮英冬，王密，杨博，王太平，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：