[发明专利]一种CE-1立体相机与激光高度计数据联合平差方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据联合平差方法，尤其是涉及一种CE-1立体相机与激光高度计数据联合平差方法。

背景技术

1984年，Hofmann和Nave提出了产生及处理线阵影像的新的数字摄影测量方案。三线阵成像时，每个地面点分别被放置在同一个焦平面上三个不同线阵捕获，成像在三个不同的影像条带上，即每个地面点都是三度重叠点，任意两个线阵均可构建立体模型。根据该成像原理设计的三线阵成像传感器已广泛应用于航空、航天对地观测领域。三线阵成像传感器已成为摄影测量与遥感获取空间数据的主要手段之一。

CCD三线阵立体相机、激光高度计是“嫦娥一号(CE-1)”卫星获取月球形貌信息的两个主要载荷。卫星绕月飞行过程中，立体相机同时获取120m分辨率的前视、正视和后视三个影像条带数据；激光高度计沿卫星轨道方向，向卫星下视方向发射激光脉冲，形成线性的激光点剖面。绕月任务期间，“嫦娥一号”获取包括月球极区在内2500轨影像以及约300多万个有效月面激光点数据。在缺少月面控制的条件下，基于严格传感器成像几何模型(共线条件方程)，对立体相机和激光高度计数据进行联合平差处理可以有效提高几何定位精度。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种在缺少月面控制的条件下，实现CE-1立体相机影像高精度几何定位的一种CE-1立体相机与激光高度计数据联合平差方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种CE-1立体相机与激光高度计数据联合平差方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，计算立体相机外方位元素初始值和月面坐标未知数初始值；

步骤2，建立姿轨数据内插模型；

步骤3，采用严格传感器成像模型-共线条件方程建立像点坐标观测值方程；

步骤4，将激光距离作为非摄影测量观测值引入摄影测量光束法平差，并建立激光高度计距离约束方程；

步骤5，根据步骤3建立的像点坐标观测值方程和步骤4建立的激光高度计距离约束方程，建立平差观测值误差方程，并根据步骤1中的立体相机外方位元素初始值和月面坐标未知数初始值，采用最小二乘平差方法进行平差解算以及平差精度评定。

本发明创造性的以月固坐标系为参考框架，卫星姿态采用四元数球面线性内插模型、卫星轨道采用三阶Lagrange多项式内插模型，基于严格传感器成像几何模型建立光束法平差数学模型；基于物方空间激光“脚印”向三线阵立体相机像方空间的反投影，将激光高度计测高数据引入光束法联合平差。联合平差完成后，利用姿轨内插模型精确计算线阵影像每条扫描线的6个外方位元素。月面目标的高精度几何定位是探月工程中月球测绘的关键步骤。本发明中CE-1立体相机影像与激光高度计测高数据联合平差方法保证了CE-1立体相机影像的高精度几何定位。

在上述的一种CE-1立体相机与激光高度计数据联合平差方法，所述步骤1中计算立体相机外方位元素初始值和月面坐标未知数初始值包括如下步骤：

步骤1.1，立体相机外方位元素初始值计算：将探月卫星状态矢量从J2000惯性系转换到月固坐标系；根据月固坐标系状态矢量构建轨道坐标系；计算成像时刻t立体相机在月固坐标系中的位置及姿态(X_S(t)，Y_S(t)，Z_S(t)，ω(t)，κ(t))，作为立体相机外方位元素初始值；

步骤1.2，通过计算月面上像素视向量与月球球面交点，确定月面坐标未知数初始值：定义S(X_S，Y_S，Z_S)为某时刻卫星在月固坐标系中的位置；为影像上像素的视方向向量，假定月球为正球体，半径为r，按照如下计算公式，计算月面上视向量与月球球面交点A(X，Y，Z)，将交点坐标作为该点坐标未知数初始值：