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线阵CCD传感器实验场几何定标的理论与方法研究

作　者: 王涛
导　师: 张永生
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 几何定标实验场三线阵CCD传感器高分辨率遥感卫星自检校光束法区域网平差内定向误差参数外定向误差参数
分类号: P237
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

基于实验场的传感器在轨几何定标是评定和优化传感器系统几何性能、保证遥感定位精度和可靠性的必要工作。本文将机载、星载线阵CCD传感器实验场几何定标作为主要研究对象，解决其中的参数设定、模型构建、定标解算及评估验证等关键问题，对成像传感器及定位定姿系统实验场定标的理论、方法和技术体系进行了系统、深入的研究。论文完成的主要工作和创新点如下：1．在对机载、星载线阵CCD传感器实验场几何定标的研究现状和发展趋势进行分析、总结的基础上，探讨了传感器实验场定标的任务、需求和技术体系。2.对自检校定标的理论、方法及关键技术进行了分析研究，确定了技术解决方案，结合当前线阵CCD传感器的结构特点，对其在动态成像条件下各种潜在的误差源进行了深入分析，构建了相应的数学模型，为传感器自检校定标奠定了理论基础。3.从传感器实验场定标的技术要求出发，吸收国内外典型遥感实验场的经验，对实验场建设的方法、原则及关键性要求进行了深入分析，得出了一些有益的结论。4.构建了机载三线阵传感器严格成像模型、影像直接定位模型和GPS/IMU辅助光束法平差模型。提出了基于等效误差方程的线阵CCD影像自检校光束法平差解算方法，实现了ADS40影像自检校区域网平差的快速、高效解算。5.提出了一种ADS40相机误差模型，建立了机载集成传感器自检校联合定标模型，设计了一套系统完整的ADS40定标方案。实验表明利用该模型和方案能有效实现ADS40传感器参数的动态检定，显著提高影像定位精度。6.分析构建了星载线阵CCD传感器严格成像模型及相应的改化形式，进而建立了星载线阵CCD影像的光束法平差系统，可有效实现ZY-3TLC、SPOT-5HRS和ALOS PRISM等典型高分辨率遥感卫星影像的区域网平差。提出了一种卫星影像姿态角系统误差检校的方法，通过实验验证了补偿姿态角系统误差的实际效果，大幅地提高了影像定位精度。7.提出了一种资源三号卫星三线阵传感器误差模型，建立了多传感器自检校联合定标模型，设计了一套较为完整的星载线阵CCD传感器几何定标方案。实验表明，利用该模型和方案对资源三号卫星三线阵传感器进行在轨定标后，定位精度的提高幅度平面超过20％，高程优于10％。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-22
  §1.1 论文研究背景  12-13
  §1.2 国内外研究现状  13-19
    1.2.1 机载传感器几何定标  13-16
    1.2.2 星载传感器几何定标  16-19
  §1.3 论文研究意义  19-20
  §1.4 本文的研究内容和结构安排  20-22
第二章线阵 CCD 传感器系统及误差分析  22-38
  §2.1 线阵 CCD 传感器构成及分类  22-27
    2.1.1 线阵 CCD 传感器的构成  22-26
    2.1.2 线阵 CCD 传感器分类  26-27
  §2.2 机载 GPS/IMU 定位定姿系统  27-29
    2.2.1 机载 GPS/IMU 系统原理  27-28
    2.2.2 商业 GPS/IMU 系统  28-29
  §2.3 星载定轨测姿系统  29-31
    2.3.1 卫星定轨技术  29
    2.3.2 卫星定姿技术  29-31
  §2.4 线阵 CCD 传感器系统误差分析  31-37
    2.4.1 摄影物镜光学畸变误差  31-32
    2.4.2 CCD 变形和移位误差  32-34
    2.4.3 集成传感器误差  34-35
    2.4.4 其它误差  35-37
  §2.5 本章小结  37-38
第三章基于实验场的几何定标技术与方法  38-59
  §3.1 传感器几何定标的内容  38-39
  §3.2 传感器几何定标的方法  39-40
    3.2.1 传感器几何定标的一般方法  39-40
    3.2.2 数字传感器 CCD 指向角检校法  40
  §3.3 用于传感器几何定标的实验场  40-51
    3.3.1 定标实验场发展现状  40-45
    3.3.2 定标实验场建设分析  45-49
    3.3.3 嵩山实验场的设计与建设  49-51
  §3.4 传感器自检校几何定标技术  51-57
    3.4.1 基本误差方程  52
    3.4.2 自检校附加参数模型  52-54
    3.4.3 附加参数的统计检验  54-55
    3.4.4 参数间相关性的克服  55-57
    3.4.5 各类观测值权值的确定  57
  §3.5 本章小结  57-59
第四章机载三线阵 CCD 传感器实验场几何定标  59-94
  §4.1 机载三线阵传感器成像系统  59-61
    4.1.1 三线阵传感器成像原理  59-60
    4.1.2 ADS40 机载数字传感器  60-61
  §4.2 机载三线阵 CCD 传感器成像模型  61-65
    4.2.1 空间坐标系定义  61-63
    4.2.2 GPS/IMU 数据转换为外方位元素  63-65
    4.2.3 ADS40 几何成像模型  65
  §4.3 机载三线阵 CCD 影像定位方法  65-69
    4.3.1 ADS40 影像直接定位  66
    4.3.2 GPS/IMU 辅助光束法平差  66-69
  §4.4 机载三线阵传感器 ADS40 自检校定标  69-75
    4.4.1 ADS40 几何定标的内容  69
    4.4.2 几何定标方案设计  69-70
    4.4.3 用于几何定标的自检校区域网平差模型  70-75
  §4.5 基于等效误差方程的自检校平差快速解算  75-79
    4.5.1 等效误差方程的建立  75-76
    4.5.2 等效误差方程式法方程分析  76-79
  §4.6 ADS40 实验与分析  79-93
    4.6.1 ADS40 实验数据  79-80
    4.6.2 直接定位实验与分析  80-81
    4.6.3 光束法平差实验与分析  81-82
    4.6.4 几何定标实验与分析  82-91
    4.6.5 等效误差方程解算实验与分析  91-93
  §4.7 本章小结  93-94
第五章星载线阵 CCD 传感器在轨几何定标  94-128
  §5.1 星载三线阵 CCD 传感器成像系统  94-96
    5.1.1 ALOS PRISM 三线阵传感器  94-95
    5.1.2 资源三号卫星三线阵传感器  95-96
  §5.2 星载线阵 CCD 传感器严格成像模型  96-101
    5.2.1 空间坐标系定义  96-97
    5.2.2 严格成像模型的构建  97-99
    5.2.3 严格成像模型的改化  99-101
  §5.3 星载线阵 CCD 影像定位方法  101-107
    5.3.1 基于视线向量的影像直接定位  101-102
    5.3.2 星载线阵 CCD 影像光束法平差  102-107
  §5.4 卫星传感器在轨几何定标模型与方法  107-113
    5.4.1 在轨几何定标的内容  107
    5.4.2 在轨几何定标方案设计  107-109
    5.4.3 姿态角系统误差检校  109-111
    5.4.4 星载集成传感器自检校联合定标  111-113
  §5.5 资源三号卫星三线阵影像实验与分析  113-126
    5.5.1 实验数据  113-115
    5.5.2 直接定位实验  115
    5.5.3 姿态角系统误差检校实验  115-116
    5.5.4 光束法平差实验  116-118
    5.5.5 用于定标的自检校平差实验  118-122
    5.5.6 定标有效性验证实验  122-125
    5.5.7 与 SPOT-5 HRS、ALOS PRISM 的对比实验  125-126
  §5.6 本章小结  126-128
第六章总结与展望  128-130
  §6.1 总结  128-129
  §6.2 下一步研究的展望  129-130
参考文献  130-136
作者简历攻读博士学位期间完成的主要工作  136-138
致谢  138

线阵CCD传感器实验场几何定标的理论与方法研究

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