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星载线阵传感器在轨几何定标的理论与算法研究

作　者: 雷蓉
导　师: 马秋禾
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 多模式线阵传感器几何定标严格成像模型内方位元素外方位元素校正模型附加参数自检校区域网平差地面几何检校场
分类号: P237
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在轨几何定标是实现卫星遥感影像高精度定位和获取高几何质量卫星影像的关键技术和必要环节。它可以有效消除卫星平台和传感器系统的主要系统误差及部分偶然误差,为实现卫星影像的高精度定位、充分发挥高分辨率卫星影像的应用效能提供保证。本文紧紧围绕星载线阵CCD在轨几何定标相关的理论和方法展开系统研究,论文完成的主要工作和创新点有:1.研究了现有星载线阵列CCD传感器的成像特点,着重分析了ALOS/PRISM与资源三号两种三线阵卫星传感器,比较和归纳了现有星载线阵传感器几何定标的内容和方法。2.归纳并提出了以传感器为中心和以卫星本体为中心的两种严格成像模型,并在此基础上建立了两种可用于几何定标的星载线阵CCD严格成像模型;以SPOT-5/HRS影像和ALOS/PRISM影像为例,验证了本文提出的成像模型的正确性和有效性,揭示了基于卫星定位测姿系统进行传感器直接定位的精度潜力。3.提出了星载线阵CCD传感器自检校附加参数模型。该模型综合考虑了线阵CCD像元尺寸、焦距、分片CCD相对位置以及镜头光学畸变等多种物理因素对卫星影像成像点位的影响,实验表明本文选择的自检校附加参数是合理的。4.以传感器严格成像模型、自检校附加参数模型和外方位建模为基础,建立了多模式线阵传感器自检校区域网平差的数学模型,为星载线阵传感器在轨几何定标提供了严密的理论模型。5.针对卫星飞行平稳的特点,提出了外方位直接校正模型,剖析了自检校区域网平差系统的误差方程结构及其法方程结构。实验验证了该平差模型用于星载线阵传感器在轨几何定标的可行性,且在保证定标精度的同时能够明显提高答解效率。6.本文分别利用模拟和实际数据,进行了多模式线阵传感器自检校区域网平差综合实验,验证了外方位元素描述模型、内方位自检校参数设置和点松弛法解算的合理性;分析并比较了分段多项式、定向片和直接校正自检校区域网平差模型的定标精度,证明了以上三种模型均可用于星载线阵传感器在轨几何定标。7.借鉴国外星载线阵CCD传感器几何定标的成功经验,从定标内容和方法的角度进行分析,对我国卫星地面几何检校场的建设提出了合理化建议。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外相关技术的研究现状  11-17
    1.2.1 国外相关技术的研究现状  11-15
    1.2.2 国内相关技术的研究现状  15-17
  1.3 本文的研究内容和结构安排  17-19
第二章星载线阵CCD 传感器特点及定标内容分析  19-33
  2.1 光学线阵CCD 传感器的分类  19-20
  2.2 星载线阵CCD 传感器的特点  20-23
  2.3 ALOS/PRISM 与资源三号卫星传感器  23-27
    2.3.1 ALOS/PRISM 传感器  23-26
    2.3.2 资源三号卫星及其传感器  26-27
  2.4 星载线阵传感器几何定标的内容与方法  27-32
    2.4.1 几何定标的内容  28-30
    2.4.2 几何定标的方法  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章用于定标的星载线阵CCD 传感器严格成像模型研究  33-66
  3.1 相关坐标系的定义及其坐标转换  33-39
    3.1.1 相关坐标系的定义  33-37
    3.1.2 坐标间的转换  37-39
  3.2 严格成像模型的建立  39-47
    3.2.1 线阵CCD 成像几何  39-40
    3.2.2 星载线阵CCD 传感器严格成像模型  40-45
    3.2.3 严格成像模型的简化  45-47
  3.3 用于几何定标的严格成像模型  47-55
    3.3.1 严格成像模型的扩展  47-49
    3.3.2 与光学系统有关的系统误差  49-51
    3.3.3 与线阵CCD 有关的系统误差  51-53
    3.3.4 综合影响模型  53-55
  3.4 实验与分析  55-64
    3.4.1 SPOT-5/HRS 严格成像模型的验证  55-60
    3.4.2 ALOS/PRISM 严格成像模型的验证  60-64
  3.5 本章小结  64-66
第四章用于几何定标的MMLAR 自检校区域网平差  66-116
  4.1 外方位建模  66-71
    4.1.1 LPM 模型  67
    4.1.2 PPM 模型  67-68
    4.1.3 OIM 模型  68-69
    4.1.4 DCM 模型  69-71
  4.2 MMLAR 自检校区域网平差的数学模型  71-87
    4.2.1 传统自检校区域网平差原理  71-72
    4.2.2 自检校参数建模  72-75
    4.2.3 联合平差的数学模型  75-87
  4.3 MMLAR 自检校区域网平差的几个重要问题  87-93
    4.3.1 利用点松弛法进行解算  87-88
    4.3.2 自检校附加参数的统计检验  88-90
    4.3.3 区域网平差中的加权方案  90-92
    4.3.4 区域网平差的精度评估  92-93
  4.4 实验与结论  93-114
    4.4.1 基于模拟数据的定标实验  93-109
    4.4.2 基于ALOS/PRISM 实际数据的定标实验  109-114
  4.5 本章小结  114-116
第五章星载线阵传感器几何检校场的分析与思考  116-130
  5.1 地面几何检校场的功能和作用  116-117
  5.2 MOMS-2P 和ALOS/PRISM 几何检校场的设定与分析  117-125
    5.2.1 MOMS-2P 几何检校场的设定与分析  117-120
    5.2.2 ALOS/PRISM 几何检校场的设定与分析  120-125
  5.3 地面几何检校场建设的分析与思考  125-129
    5.3.1 相机内参数定标与稳定性检验对检校场的要求  125-127
    5.3.2 相机外参数定标与稳定性检验对检校场的要求  127-128
    5.3.3 立体测图真实性检验对检校场的要求  128
    5.3.4 几何检校场建设总体说明  128-129
  5.4 本章小结  129-130
第六章总结与展望  130-132
  6.1 总结  130-131
  6.2 展望  131-132
参考文献  132-136
攻读博士学位期间完成的主要工作  136-138
致谢  138

星载线阵传感器在轨几何定标的理论与算法研究

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