一種多源異構遙感影像聯合定位方法技術

一種多源異構遙感影像聯合定位方法，以地心直角坐標系作為統一的物方坐標系統，以傳感器位置、姿態精化模型參數和影像像點坐標系統差作為統一的定向參數，以影像觀測值與非影像觀測值的聯合平差和各觀測值的先驗定權實現定向參數的解算和像點量測粗差的探測，實現航空航天光學與合成孔徑雷達影像的聯合定位。在有較高傳感器位置和姿態數據測量精度情況下，該方法實現了多源影像觀測值與多源非影像觀測值聯合平差，實現了稀少控制點條件下多源影像的聯合定位，且各觀測值或虛擬觀測值能夠進行先驗定權，在提高平差解算精度、穩定性、效率等方面，也有一定的優勢。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于遙感影像攝影測量領域，特別涉及多源遙感影像的幾何處理與聯合定位。
技術介紹
空中三角測量是遙感影像嚴密定位的基本途徑、關鍵技術與核心內容，空中三角測量涉及到幾何構像模型、軌道姿態精化模型及數據平差處理模型等內容。( I)遙感影像嚴密幾何構像模型影像嚴密定位模型主要通過空中三角測量獲得高精度定向參數，并通過邊角交會計算來確定被攝目標的二維或三維地理坐標。影像的定位模型是遙感影像進行攝影測量的 基礎，影像定位模型主要有嚴密模型、有理多項式模型和直接線性變換模型(DLT)等。光學遙感影像的嚴密幾何構像模型主要以光學共線方程為基礎建立的。另外，也有一些其它形式的嚴密幾何構像模型，如基于反射變換的嚴格幾何模型等。側視雷達遙感影像嚴密模型總體上可劃分為基于外方位元素和基于距離多普勒參數兩種形式，前種形式有=Konecny在1988年等提出的考慮地形對投影點位置影響的共線方程，投影按水平面投影，增加地形對投影點位置的影響因子；國內尤紅建以雷達近似共線方程為基礎，通過距離投影到中心投影的轉換，對其進行修正得到雷達嚴密共線方程模型；程春泉等根據側視雷達距離向的距離條件和方位向的波束中心共面條件，以傳感器位置和姿態參數建立的一種簡潔嚴密的“距離一共面”構像模型。第二種形式主要有1990年F. Leberl等提出的數學模型，該模型依據距離條件和零多普勒條件，符合雷達成像機理，其考慮了傳感器外方位元素中的線元素變化，但未考慮角元素的變化；R_D模型，該方法的原理與F. Leberl方法相似，考慮了多普勒頻率非O值情況，具有明確的幾何和物理意義，符合SAR成像機理。(2)空中三角測量遙感影像的空中三角測量一般以構像模型為基礎，結合航跡(軌道)模型、姿態模型以及平差處理模型等實現的，多片同時進行空三也稱作區域網平差。隨著GPS與IMU的集成系統(POS)廣泛應用于航空、航天、航海和地面移動載體的導航定位。自上世紀八十年代，有人提出了應用MU/GPS集成技術減少光學遙感影像定位對地面控制點依賴的思路，隨后，系列的研究和項目對該技術的應用潛力進行了論證和測試·對于線陣和側視雷達影像，每行影像自有一套外定向參數，不同影像行定向參數間的約束條件成為求解線陣影像和側視雷達影像定向參數必不可少的條件。對于航天遙感影像，有兩種主要方法來描述遙感飛行器的軌跡，一是通過離散定向點方法，另一是通過軌道約束的方法。定向點方法通過輔助文件給出星歷數據來表達，對任意攝影時刻的定向參數，根據規則或不規則時間間隔的空間點位置、姿態等定向點信息，通過插值獲取。軌道約束則根據衛星軌道參數和時間，求解衛星攝影時刻的位置。對于機載POS觀測值，根據Friess等人的研究，當一條航線的連續飛行不超過15分鐘時，在沒有信號失鎖的情況下，基于載波相位觀測量的GPS動態定位會存在平移和隨航攝飛行時間漂移(即成線性關系)的系統誤差。
技術實現思路
本專利技術針對目前多源異構遙感影像幾何處理和聯合定位的方法嚴重缺乏的現狀，給出一套多源影像聯合定位方法，同時在多源數據聯合平差中的定權、初始觀測數據的粗差探測中有明顯的優勢，解決了目前多源影像聯合定位和幾何處理中存在的瓶頸問題。本專利技術以地心直角坐標系作為統一的物方坐標系統，以傳感器位置、姿態精化模型參數和影像像點坐標系統差作為統一的定向參數，以影像觀測值與非影像觀測值的聯合平差和各觀測值的先驗定權實現定向參數的解算和像點量測粗差的探測，實現航空航天光學與合成孔徑雷達影像的聯合定位，其技術方案是將多源影像的傳感器參數、影像輔助 數據、控制點數據、影像像點數據進行數據格式規范化處理，以傳感器位置、姿態和影像像點坐標系統差等相關的參數為定向未知數，通過影像觀測值與非影像觀測值的聯合平差方法，實現多源影像的聯合定位和幾何處理，即采用計算機進行以下步驟步驟I.將星載或機載傳感器姿態數據轉換為相對于地心直角坐標系中的四元數形式，同時將傳感器位置也轉換到地心直角坐標系中，實現初始觀測值歸算，用于步驟6中多源影像聯合定位的初始位置和姿態數據；而且，步驟I. 1，傳感器姿態數據轉換為相對于地心直角坐標系中的四元數方法，首先計算機載和星載傳感器平臺坐標系到地心直角坐標系的轉換矩陣RbE，其中機載影像轉換矩陣為RbE=RnE (Bn, Ln) Rbn (Ψ，O，Φ)星載光學影像的轉換矩陣為Λ = /^/^{ωΑρ,κ)合成孔徑雷達影像的轉換矩陣為RbE=RvE其中，Bn, Ln為機載傳感器攝影時刻地理經緯坐標、Ψ，O，Φ為機載傳感器姿態值，ω，《ρ，K為星載傳感器姿態值，RnE、Rbn分別為導航坐標系到地心直角坐標系、傳感器平臺坐標系到導航坐標系的轉換矩陣，RoE> Rb°分別為軌道坐標系到地心直角坐標系、傳感器平臺坐標系到衛星軌道坐標系的轉換矩陣，RvE為飛行坐標系到地心直角坐標系的旋轉矩陣，RbE為傳感器平臺坐標系到地心直角坐標系的旋轉矩陣，飛行坐標系的三軸之數學定義為~Xv = V{t) / Jr(Z)I Tv = >(/) X Hf) IX Hr)\Zr = XrXYr其中Ar分別為相應t時刻傳感器的位置和速度向量。步驟I. 2，根據航空航天傳感器平臺坐標系到地心直角坐標系轉換矩陣RbE中的元素，計算地心直角坐標系中的姿態四元數qQ，q1； q2, q3的值；通過此步驟，實現了航空航天遙感影像姿態角參考基準的統一，實現了不同平臺姿態角表達方式的統一。步驟I. 3，傳感器位置數據按下式轉換為地心直角坐標系中權利要求1.，其特征在于以地心直角坐標系作為統一的物方坐標系統，以傳感器位置、姿態精化模型參數和影像像點坐標系統差作為統一的定向參數，以影像觀測值與非影像觀測值的聯合平差和各觀測值的先驗定權實現定向參數的解算，通過以下步驟實現航空航天光學與合成孔徑雷達影像的聯合定位(I)將機載或星載傳感器姿態數據轉換為相對于地心直角坐標系中的四元數形式，同時將傳感器位置也轉換到地心直角坐標系中，實現初始觀測值歸算；(2)對不同源影像的傳感器參數、影像輔助數據、地面控制點和影像像點按固定的標準化格式文件記錄相關信息；(3)以傳感器位置和姿態作為定向參數，在地心直角坐標系中構建航空航天光學與合成孔徑雷達影像的嚴密幾何構像方程，實現多源異構影像幾何構像模型統一表達；(4)構建傳感器位置、姿態精化模型和嚴密幾何構像精化模型，并將傳感器位置姿態精化模型參數代入嚴密幾何構像精化模型中；(5)以傳感器位置和姿態精化模型參數、影像像點坐標系統誤差參數、地面點坐標等為未知數，構建不同源影像觀測值誤差方程的一般形式，并與定向參數虛擬觀測值、地面點坐標觀測值的誤差方程一起，組建多源觀測值聯合平差誤差方程組，并按相關觀測值的先驗精度進行定權；(6)以標準化格式記錄的數據文件和聯合平差誤差方程組為基礎，循環迭代計算各種定向參數的精化值及地面點坐標精化值，計算加密點坐標，并根據建立的影像觀測值誤差方程式解算各像點觀測值的誤差并編輯或剔除粗差點；(7)根據精化定向參數和精化模型，或通過加密點實現對原始影像的幾何處理或影像的對地定位處理。2.根據權利要求I所述的多源異構遙感影像聯合定位方法，其特征在于所述步驟(I)中，傳感器姿態數據轉換為相對于地心直角坐標系中的四本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多源異構遙感影像聯合定位方法，其特征在于：以地心直角坐標系作為統一的物方坐標系統，以傳感器位置、姿態精化模型參數和影像像點坐標系統差作為統一的定向參數，以影像觀測值與非影像觀測值的聯合平差和各觀測值的先驗定權實現定向參數的解算，通過以下步驟實現航空航天光學與合成孔徑雷達影像的聯合定位：(1)將機載或星載傳感器姿態數據轉換為相對于地心直角坐標系中的四元數形式，同時將傳感器位置也轉換到地心直角坐標系中,實現初始觀測值歸算；(2)對不同源影像的傳感器參數、影像輔助數據、地面控制點和影像像點按固定的標準化格式文件記錄相關信息；(3)以傳感器位置和姿態作為定向參數，在地心直角坐標系中構建航空航天光學與合成孔徑雷達影像的嚴密幾何構像方程，實現多源異構影像幾何構像模型統一表達；(4)構建傳感器位置、姿態精化模型和嚴密幾何構像精化模型，并將傳感器位置姿態精化模型參數代入嚴密幾何構像精化模型中；(5)以傳感器位置和姿態精化模型參數、影像像點坐標系統誤差參數、地面點坐標等為未知數，構建不同源影像觀測值誤差方程的一般形式，并與定向參數虛擬觀測值、地面點坐標觀測值的誤差方程一起，組建多源觀測值聯合平差誤差方程組，并按相關觀測值的先驗精度進行定權；(6)以標準化格式記錄的數據文件和聯合平差誤差方程組為基礎，循環迭代計算各種定向參數的精化值及地面點坐標精化值，計算加密點坐標，并根據建立的影像觀測值誤差方程式解算各像點觀測值的誤差并編輯或剔除粗差點；(7)根據精化定向參數和精化模型，或通過加密點實現對原始影像的幾何處理或影像的對地定位處理。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：程春泉，張繼賢，張力，燕琴，盧麗君，
申請(專利權)人：中國測繪科學研究院，
類型：發明
國別省市：