“天绘一号”卫星无地面控制点EFP多功能光束法平差

无地面控制点卫星摄影测量是实现全球测绘的有效手段。实现无地面控制点摄影测量主要途径包括:一是卫星姿态稳定度达到1×10^-6(°/s);二是高精度的姿态测定系统;三是摄影测量光束法平差处理。以往受制于技术等因素, 实现无地面控制点摄影测量只能依靠摄影测量光束法平差技术。“天绘一号”卫星研发了集相机在轨标定、全三线交会光束法平差、角元素低频误差补偿及偏流角效应改正为一体的EFP多功能光束法平差技术, 并通过“天绘一号”卫星影像数据对该技术进行了验证。实验结果表明:无地面控制点定位精度达到10.3 m/5.7 m(平面/高程), 满足测制1:5万比例尺地形图精度要求     

ICESat激光高程点辅助的天绘一号卫星影像立体区域网平差

无地面控制点（简称无控）区域网平差是实现卫星影像无控测图的一项重要技术,对于境外和外业测控困难区域的测图具有重要意义。然而,无控区域网平差的定位精度一般难以满足对应比例尺测图规范要求。利用公开、可稳定获取的公众地理信息数据辅助区域网平差,是提高卫星影像无控定位精度的有效途径,其中ICESat激光高程点便是一种良好的高程控制数据。为了提高天绘一号卫星影像无控定位精度,本文提出ICESat激光高程点辅助的卫星影像模型法立体区域网平差方法。首先,以30 m分辨率SRTM估算的地形坡度作为限制条件,结合激光高程点自身质量评价信息,自动提取高质量ICESat激光高程点;其次,利用自动匹配的连接点进行模型法自由网平差,实现卫星影像几何定位精度的相对一致性（内部一致性）;最后,将激光高程点自动量测至卫星影像作为控制点,其平面坐标根据自由网平差结果前方交会计算而得,高程坐标取自激光点高程,再次进行区域网平差精化定向参数,提高卫星影像的绝对高程精度。最后本文利用山东全省的天绘一号卫星影像进行试验,验证了本文方法的有效性和可行性。     

三线阵影像外方位元素平滑方程自适应光束法平差

外方位元素数据是影响光学卫星影像几何定位精度的重要因素,其精度不仅取决于姿态和轨道测定系统的精度,还与卫星平台稳定度紧密相关。在实际卫星工程中,姿态测定系统存在突变现象,导致处理航线中上下视差发生较大变化。本文在全三线交会EFP光束法平差理论基础上,提出在光束法平差中采用外方位元素自适应分段平滑策略及其数学模型。即根据立体影像上下视差差分数据,对立体影像进行自动分段;在此基础上,对不同段的外方位元素平滑方程赋予不同权值,共同参与光束法平差。通过实际卫星影像试验表明,该方法可有效抑制卫星姿态测定系统突变对立体影像无控定位精度的影响,尤其是高程精度改善显著。     

卫星摄影三线阵CCD影像的EFP法空中三角测量(一)

系统地介绍了EFP法空中三角测量的基本思想、EFP像点坐标计算、平差的数学模型和卫生摄影测量的数字模拟,并以模拟数据进行了自由网＋控制点平差、外方位元素量测值参与平差、外方位元素量测值常差的分离以及区域平差等实验计算和实验结果分析。通过研究分析得出结论：（1）三条基线的航线可以保证三线阵CCD影像光束法平差的几何强度;（2）控制点可以布设在航线首末端,二线交会区的高程精度比三线交会区仅低约1.4因子;（3）外方位元素观测值是三线阵CCD影像光束法平差不可缺少的数据,经过平差可以不同程度地提高平差的高程精度。即使外方位元素观测值达到现代的精度,光束法平差的高程精度仍比直接前方交会高,所以三线阵CCD相机比单线阵、双线阵相机在全球性无控制卫星摄影测量或外星球摄影测量方面有更大的优势。     

天绘一号03星无控定位精度改进策略

“全球连续覆盖模式”传输型摄影测量卫星系动态摄影，无控定位模式下难以达到框幅式像片定位水平。本文在天绘一号已有研究基础上，深化03星摄影测量无控定位精度改进模式的探讨研究。在相机参数在轨标定中增加对相机内方位元素的附加改正，解决相机结构宽高比（卫星条带摄影覆盖宽度与卫星轨道高度的比值）太小对主距标定结果的影响，进而削弱系统误差，提高卫星影像的平面定位精度。通过境外地区检测，无控定位精度达到高程2.4 m（RMS），平面3.7 m（RMS）。检测结果表明，只依靠星上GNSS接收机、星敏感器，利用相机参数在境内标定结果，“全球连续覆盖模式”单航线卫星影像无控定位结果达到理论设计指标。     

多基线摄影测量前方交会方法及精度分析

从摄影测量的基本原理出发,针对多基线摄影测量,介绍了光束法前方交会与线性法前方交会两种前方交会方法,并利用实验结果对多基线影像前方交会的两种方法进行了比较分析,从基线长度与参与交会的影像数两个方面分析了多基线影像前方交会的精度,为实际生产提供参考。     

五、摄影测量与遥感学

CH20020423 卫星摄影三线阵 CCD 影像的 EFP 法空中三角测量(一)/王任享(西安测绘研究所)∥测绘科学.—2001(4).—1～5系统介绍了 EFP 法空中三角测量的基本思想、EFP像点坐标计算、平差的数学模型和卫星摄影测量的数字模拟,并以模拟数据进行了自由网+控制点平差、外方位元素量测值参与平差、外方位元素量测值常差的分离以及区域平差等实验计算和实验结果分析。通过研究分析得出结论:(1)三条基线的航线可以保证三线阵 CCD 影像光束法平差的几何强度;(2)控制点可以布设在航线首末端,二线交会区的高程精度比三线交会区仅低约1.4因子;(3)外方位元素观测值是三线阵 CCD 影像光束法平差不可缺少的数据,经过平差可以不同程度地提高平差的高程精度。即使外方位元素观测值达到现代的精度,光束法平差的高程精度仍比直接前方交会高,所以三线阵 CCD 相机比单     

基于SRTM控制的高分遥感影像区域网平差方法

针对异轨高分辨率卫星影像基高比小、重叠区域弱交会现象,本文提出SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)控制的高分遥感影像区域网平差方法.该方法以高程值为相邻影像连接点的高程控制,进行光束法区域网平差,进行影像RPC(Rational Polynomial Coefficient)参数精化,避免弱交会情况下高程误差放大现象,降低同名点的相对偏移.采用高分一号四景进行实验,结果表明:通过引入高程控制的光束法区域网平差,改善纠正后影像连接区域错开现象,影像平面相对定位精度提高到一个像素以内,满足相邻影像的拼接需求.     

高分辨率光学卫星影像高精度定位技术与实践

卫星影像高精度定位技术的核心是建立一套适合其成像特点的数学模型和解算方法。在分析严密几何成像模型和通用数学成像模型的基础上,提出了无需了解具体卫星平台、传感器结构和检校参数,具有明确几何意义模型参数,可通过RPC参数计算得到的,理论上适用于各种光学卫星影像几何处理的抽象几何成像模型;并介绍了基于该模型的自检校区域网平差及其在卫星影像高精度定位中的实际应用。为了满足区域网平差对连接点数量和分布的要求,探讨了基于SIFT特征点与角特征点相结合的连接点自动提取算法以及获取高精度同名点像点坐标的方法。针对实际应用中卫星影像通常存在明显系统误差的问题,介绍了自检校区域网平差过程中的3种系统误差在轨检校和补偿方法,并通过实际数据验证了综合使用这3种方法对系统误差检校和补偿改正的有效性。为提高卫星影像无控定位精度,研究了在卫星影像区域网平差中使用SRTM作为控制信息以提高平面和高程无控定位精度的技术和方法。实验数据表明,使用SRTM作为控制信息,单景资源三号立体影像的无控定位精度可达平面5.6 m,高程2.4 m。以一个约18.4万km~2的区域为实验区,介绍了多时相多次覆盖大区域资源三号立体卫星影像无控自由网的整体平差,外业精度检查表明,其平面精度为5.42 m,高程精度为2.85 m。     

卫星摄影测量中偏流角修正余差改正技术

本文基于立体影像摄影机理,对偏流角修正的剩余误差导致的上下视差进行了分析,建立了立体相机偏流角余差改正的数学模型,推导出偏流角余差影响上下视差的误差方程,并重点从相机参数在轨标定和光束法平差中低频误差补偿两方面提出解决措施。理论分析与实际卫星影像试验表明,偏流角改正余差对上下视差影响较大,必须通过相机参数在轨标定和低频误差补偿两方面予以改正,才能保证全球范围无地面控制点目标定位精度的一致性。     

卫星摄影三线阵CCD影像的EEP法空中三角测量（三）

4 平差方案及模拟数据平差实验4.1 自由网+控制点空中三角测量由前方交会(2.1)式,后方交会(2.2)式以及外方位元素平滑制约条件(2.3)式,可以构成类似经典的光束法空中三角测量,但由于EFP像点坐标是推算出来的,所以控制点不宜直接参与平差过程.于是平差要分成自由网平差及利用控制点作三维线性变换两个步骤.另一方面,卫星摄影中起始角元素大约在±0.5°左右,对于经典空中三角测量,角元素起始近似值均可按零处理.但在EFP平差中,φ角起始值φ0对空中三角测量,像元素起始近似值均可按零处理.在EFP平差中,φ角起始值φ0对整条航线的几何状态影响很大,必须采用特殊的程序预先加以确定.我们采用不断步进φ角值,比较由前方交会及(1.2)式计算的Y视差的均方根值最小者,即作为φ的最佳起始值.平差框图见图4.     

天绘一号03星定位精度初步评估

天绘一号卫星是我国第一颗传输型立体测绘卫星,主要用于无地面控制点条件下高精度定位及1∶5万比例尺地形图测绘。01、02星分别于2010年8月24日及2012年5月6日成功发射,03星于2015年11月26日发射,目前3颗星在轨正常运行。01星定位精度经过系统检测后,定位精度为10.3 m/5.7 m(平面/高程),02星定位精度与01星精度相当。本文首先简要介绍了天绘一号卫星的总体概况及其地面处理系统中的关键技术,重点对03星的无控定位精度进行初步试验评估。通过国内外3条航线的试验发现,03星较02星精度有较大提高,在无地面控制点条件下可实现平面7.2 m、高程2.6 m的定位精度。     

卫星摄影姿态测定系统低频误差补偿

姿态测定系统不仅存在高频误差,还存在与卫星轨道纬度及时间有关的低频误差,严重影响无地面控制点测量精度。本文分析了产生低频误差的因素及相关解决措施,并在天绘一号(TH-1)卫星工程中,利用光束法平差实现低频误差的自动检测与补偿处理,消除低频误差对定位精度的影响,最后进行了试验验证。试验结果表明:低频误差补偿技术,很好地解决了无地面控制定位系统误差问题,为实现天绘一号卫星全球定位精度的一致性发挥了重要作用。     

CBERS-02B卫星遥感影像的区域网平差

针对中巴资源一号卫星(CBERS-02B)卫星遥感影像姿态角误差较大的特点,提出了利用区域网平差方法提高其对地目标定位精度的策略和具体计算过程。首先对参与平差的每景影像选取4个地面控制点进行影像姿态角常差检校,然后采用与地形无关方案解求各自的RPC参数,最后选取带仿射变换项的有理函数模型(RFM)进行多重覆盖影像的区域网平差。对两个地区的0级CBERS-02B单条CCD立体影像对的区域网平差试验表明,对地目标定位的平面和高程精度均达到了±3个像元的水平,且高程精度明显优于平面精度。相对于常规的卫星遥感影像区域网平差方法,平面和高程精度均有明显提升,几乎达到国外同等高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度。这说明中国卫星遥感影像亦具有较好的几何定位潜力,在区域网平差之前进行系统误差预改正是必要和可行的。     

三线阵CCD影像短航线空中三角测量的模拟实验研究

本文主要介绍了解决三线阵CCD影像短航线空中三角测量问题的自由外方位元素平差方法及相关数学模型,按不同的卫星摄影测量条件,分别用直接前方交会、自由外方位元素平差方法及外方位元素观测值参与平差,进行了数学模拟计算,结论是:采用自由外方位元素平差方法,可以构建精度与直接前方交会相当,但“无y视差”的短航线立体模型。     

Bias-corrected rational polynomial coefficients for high accuracy geo-positioning of QuickBird stereo imagery

The rational function model (RFM) is widely used as an alternative to physical sensor models for 3D ground point determination with high-resolution satellite imagery (HRSI). However, owing to the sensor orientation bias inherent in the vendor-provided rational polynomial coefficients (RPCs), the geo-positioning accuracy obtained from these RPCs is limited. In this paper, the performances of two schemes for orientation bias correction (i.e., RPCs modification and RPCs regeneration) is presented based on one separate-orbit QuickBird stereo image pair in Shanghai, and four cases for bias correction, including shift bias correction, shift and drift bias correction, affine model bias correction and second-order polynomial bias correction, are examined. A 2-step least squares adjustment method is adopted for correction parameter estimation with a comparison with the RPC bundle adjustment method. The experiment results demonstrate that in general the accuracy of the 2-step least squares adjustment method is almost identical to that of the RPC bundle adjustment method. With the shift bias correction method and minimal 1 ground control point (GCP), the modified RPCs improve the accuracy from the original 23 m to 3 m in planimetry and 17 m to 4 m in height. With the shift and drift bias correction method, the regenerated RPCs achieve a further improved positioning accuracy of 0.6 m in planimetry and 1 m in height with minimal 2 well-distributed GCPs. The affine model bias correction yields a geo-positioning accuracy of better than 0.5 m in planimetry and 1 m in height with 3 well-positioned GCPs. Further tests with the second-order polynomial bias correction model indicate the existence of potential high-order error signals in the vendor-provided RPCs, and on condition that an adequate redundancy in GCP number is available, an accuracy of 0.4 m in planimetry and 0.8 m in height is attainable.