[发明专利]一种航空高光谱成像系统定位误差分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空高光谱成像系统定位误差分析方法，属于高光谱数据处理方法与应用技术领域，适用于航空高光谱遥感几何校正的理论方法和应用技术研究。

背景技术

在航空高光谱成像系统中，成像光谱仪由于受地形起伏、自身技术参数、工作模式以及载荷平台姿态位置信息等因素的影响，所采集的航空高光谱数据会产生较大的几何畸变。而带有几何畸变的遥感数据无法直接进行后续应用处理，因此航空高光谱成像系统的定位误差已成为评价高光谱数据获取质量的一个重要指标。

目前针对航空高光谱成像系统定位误差分析的方法主要包括三大类：基于几何成像关系的方法、基于共线条件方程全微分展开的方法和基于共线条件方程一阶泰勒展开的方法。基于几何成像关系的方法是通过构建地辅坐标系下像点与地面点的相似三角形关系，通过成像光谱仪切向和径向的标定误差求解地面点定位误差，该方法虽然直观反映了成像光谱仪技术参数对定位误差的影响，但是没有考虑姿态位置测量系统和载荷实时姿态位置信息对定位误差的影响；基于共线条件方程全微分展开的方法是通过对共线条件方程全微分展开，由像片三个内方位元素的精度、六个外方位元素的精度以及高程精度求解地面点定位误差，该方法较完整地反映了各误差源对定位误差的作用，但是未考虑各误差源相互作用下对定位误差的影响，也未能根据姿态位置测量系统与载荷的实际技术参数对误差源进行分析；基于共线条件方程一阶泰勒展开的方法是对共线条件方程一阶泰勒展开，应用统计学的方法由像片外方位元素求解定位误差，该方法依然未能根据姿态位置测量系统与载荷的实际技术参数对误差源进行分析。目前航空高光谱成像系统定位误差分析存在的问题是：未能根据姿态位置测量系统和载荷的实际技术参数对误差源进行分析，未能很好地反映姿态位置测量系统和载荷实时姿态位置信息对定位误差的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有定位误差分析方法未能根据POS（Position and Orientation System，姿态位置测量系统）和载荷的实际技术参数对误差源进行分析以及未能很好地反映姿态位置测量系统和载荷实时姿态位置信息对定位误差的影响等不足，提出一种航空高光谱成像系统定位误差分析方法。

本发明的技术解决方案是：一种利用已知的POS技术参数、成像光谱仪技术参数，应用协方差传播律求解航空高光谱成像系统定位误差的方法。该方法主要是对共线条件方程一阶泰勒展开，通过计算各误差源的误差传递系数，利用协方差传播律分析定位误差。

本发明一种航空高光谱成像系统定位误差分析方法，其步骤如下：

（1）高光谱图像信息、姿态位置测量系统数据读入；

（2）根据几何成像物理关系建立共线条件方程；

（3）分析姿态位置测量系统测角误差、全球定位系统定位误差和成像光谱仪标定误差，对每个误差源进行建模；

（4）利用步骤（3）得到的误差源分析模型，对步骤（2）所建立的共线条件方程进行一阶泰勒展开，建立误差传递方程；

（5）计算步骤（4）所建立的误差传递方程的外方位元素误差传递矩阵；

（6）基于协方差传播律，建立由步骤（4）和步骤（5）确定的姿态位置参数协方差矩阵；

（7）根据步骤（6）建立的协方差矩阵计算定位误差。

其中，步骤（2）中所述的“根据几何成像物理过程建立共线条件方程”，其计算方法如下：

设投影中心S与地面点P在地辅坐标系D-X_tpY_tpZ_tp中坐标分别为(X_S,Y_S,Z_S)和(X_P,Y_P,Z_P)，则地面点P在像空间辅助坐标系D-XYZ中的坐标为(X_P-X_S,Y_P-Y_S,Z_P-Z_S)，而相应像点p在像空间辅助坐标系中的坐标为(X,Y,Z)。由于投影中心S、像点p和地面点P三点共线，根据相似三角形关系可得共线方程：