[发明专利]一种遥感卫星线阵推扫光学相机在轨外方位参数标定方法

摘要

一种遥感卫星线阵推扫光学相机在轨外方位参数标定方法，步骤为：（1）采集高精度控制点信息；（2）获取控制点处相机内方位元素，以及轨道等辅助数据，建立各控制点处严格成像几何模型；（3）计算各控制点处的定位误差，剔除粗差控制点，得到初步检校控制点信息；（4）建立相机外方位元素几何检校数学模型，计算各控制点处理论指向矢量与实际指向矢量；（5）建立理论指向矢量与实际指向矢量之间的三轴旋转误差方程，对方程进行线性化处理；（6）最小二乘法解算误差方程参数，得到标定外参数。本发明利用标定外参数进行系统误差补偿后，相机无控定位精度稳定。

主权项

1.一种遥感卫星线阵推扫光学相机在轨外方位参数标定方法，其特征在于包括下列步骤： 1）在待检校影像I₁、控制影像I₂上利用控制点自动匹配算法，采集控制点信息，所述的控制点信息为T个匹配控制点对{PixI_1i，PixI_2i}，其中i=1,2,3,…,T）；记录每一个控制点对{PixI_1i，PixI_2i}的待检校影像I₁图像点坐标（i,j）以及对应控制影像特征点在WGS84坐标系下的位置坐标（lat,lon,height）； 2）获取各控制点处的相机内方位元素以及辅助数据，所述的辅助数据包括卫星的轨道、姿态、行时；建立各控制点处的严格成像模型其中[X_S,Y_S,Z_S]为各控制点对应的行时时刻下卫星在协议地心坐标系中的位置，即控制点处轨道位置（PX,PY,PZ）；[X_G,Y_G,Z_G]为各控制点对应像元所对应的地面目标点在协议地心坐标系中的坐标；psiX、psiY分别为各控制点对应图像的像元主光轴单位矢量与卫星本体坐标系X轴、Y轴的夹角；u为比例因子；M₀为卫星本体坐标系相对于相机的安装矩阵，在卫星发射前由地面测量获取；M₁为各控制点对应的行时时刻下卫星至轨道坐标系旋转矩阵，由星上测量的姿态角构成；M₂为各控制点对应的行时时刻下轨道至J2000.0坐标系旋转矩阵；M₃为该时刻下J2000.0至WGS84坐标系旋转矩阵；3）根据步骤2）得到的严格成像模型，计算获得各控制点处的定位误差大小以及方向，初步剔除粗差控制点，得到初始控制点对； 4）建立相机外方位元素几何检校数学模型，根据步骤3）得到的初始控制点对，计算获得各控制点处理论指向矢量与实际指向矢量； 41）在严格成像模型中引入误差矩阵M，建立相机外方位元素几何检校数学模型 42）对任一组控制点，利用控制点处的内方位元素（psiX，psiY）计算控制点处光轴在相机坐标系中指向矢量V，将其进行归一化处理后作为该控制点处的实际指向矢量V_实际； 43）对任一组控制点，利用控制点地面点位置坐标（lat,lon,height）计算控制点处光轴在相机坐标系中指向矢量V，将其进行归一化处理后作为该控制点处的理论指向矢量V_理论； 其中a为地球长半轴，b为地球短半轴；5）建立理论指向矢量与实际指向矢量之间的三轴旋转误差方程，对该三轴旋转误差方程进行线性化处理，得到线性方程组； 51）设误差矩阵M为三轴旋转正交矩阵，建立理论指向矢量与实际指向矢量之间的矩阵转换模型： 其中为理论指向矢量，为实际指向矢量；52）将模型进行转换，得到理论指向矢量各参数与实际指向矢量各参数的非线性方程； 53）对非线性方程在原点（0，0，0）处进行泰勒展开，得到非线性方程的线性近似方程； 54）针对每一组理论指向矢量和实际指向矢量，计算线性方程参数，得到线性方程组； 6）采用最小二乘法迭代解算步骤5）得到的线性方程组，获得标定外参数。