“天绘一号”卫星三线阵CCD影像自检校区域网平差

遥感卫星在空间环境运转过程中,星敏感器的姿态角、成像相机的镜头和CCD等几何参数会发生不可预估的变化,从而对卫星影像的定位精度产生影响。因此,对卫星影像进行自检校区域网平差处理是实现卫星影像精确定位的一项关键技术。本文以"天绘一号"卫星为研究对象,首先分析了"天绘一号"卫星三线阵立体测绘相机的镜头和CCD几何形变,并提出了适用于"天绘一号"卫星三线阵CCD影像的自检校模型;然后建立"天绘一号"卫星三线阵CCD影像的自检校区域网平差模型,对外方位元素和自检校参数进行整体平差,消除存在于外方位元素观测值和自检校标定值中的系统误差,以提高卫星图像定位精度。最后利用嵩山实验场对"天绘一号"卫星三线阵CCD影像进行了自检校区域网平差处理,验证了自检校模型和自检校区域网平差模型的正确性和有效性,并分析研究了不同数目的控制点条件对自检校区域网平差的影响。实验结果证实采用自检校区域网平差技术可以有效地消除系统定位误差,显著提高定位精度。     

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。     

激光测高数据辅助卫星成像几何模型精化处理

资源三号02星搭载了中国首个对地观测试验性激光测高载荷。借鉴目前较成熟的卫星影像区域网平差理论的基础上,结合近年来激光测高数据精度的大幅提升以及资源三号02星激光测高数据的特点,首次提出了激光测高数据辅助卫星立体影像进行成像几何模型精化处理的通用理论。首先,利用传统的区域网平差算法对所处理影像进行高精度连接点匹配处理,并对其进行无约束的自由网平差处理,获得高精度相对精度及不亚于原始成像几何模型的绝对精度;其次,根据激光测高数据3维坐标和精化后参考影像成像几何模型获取激光数据参考影像坐标;而后将参考影像坐标通过几何模型映射获取目标影像上待匹配影像坐标,通过连接点匹配算法,对待匹配目标影像坐标进行精化获取高精度像方同名点;最后,以同名点作为高程控制进行区域网平差计算,对影像成像几何模型进一步处理,获取高精度补偿参数。通过湖北、青海两测区的试验,以激光测高数据辅助卫星影像几何模型精化精度可分别达到1.97 m、3.23 m,结果表明本文提出的方法可有效提高卫星立体数据测图精度。     

区域网平面平差超控外推定位技术验证

以资源三号卫星影像数据为例,基于RPC模型提出利用SRTM辅助的卫星影像区域网平面平差的方法进行超长距离控制外推,来提高无控地区的影像几何定位精度。试验表明,影像原始RPC直接定位精度含有明显的系统误差。在起算影像区域内布设一个控制点进行区域网平面平差,沿轨外推11景(491.62 km)、垂轨外推6景(282.36 km)后,相比原始影像13.335 m的平均定位精度,其外推区域影像的几何定位精度可优于7.5 m,无控区域的整体定位精度有明显提升,验证了该方法的有效性。     

激光测高数据辅助卫星成像几何模型精化处理

资源三号02星(ZY-3 02)作为资源三号系列的第2颗卫星,于2016年5月30号成功发射,其主要服务于中国空间基础建设等重大工程,星上搭载了中国首个对地观测试验性激光测高载荷。高程精度作为立体测图的重要指标,达到其精度要求的困难程度远大于平面。在借鉴目前较成熟的卫星影像区域网平差理论的基础上,结合近年来激光测高数据精度的大幅提升以及ZY-3 02星激光测高数据的特点,首次提出了激光测高数据辅助卫星立体影像进行成像几何模型精化处理的通用理论。首先,利用传统的区域网平差算法对所处理影像进行高精度连接点匹配处理,并对其进行无约束的自由网平差处理,获得高精度相对精度及不亚于原始成像几何模型的绝对精度;其次,根据激光测高数据3维坐标和精化后参考影像成像几何模型获取激光数据参考影像坐标;然后,将参考影像坐标通过几何模型映射获取目标影像上待匹配影像坐标,通过连接点匹配算法,对待匹配目标影像坐标进行精化获取高精度像方同名点;最后,以同名点作为高程控制进行区域网平差计算,对影像成像几何模型进一步处理,获取高精度补偿参数。通过湖北、青海两测区的试验,以激光测高数据辅助卫星影像几何模型精化精度可分别达到1.97 m、3.23 m,结果表明本文提出的方法可有效提高卫星立体数据测图精度。     

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。     

SRTM约束的无地面控制立体影像区域网平差

针对SRTM(shuttle radar topography mission)数据在平坦地形或局部区域的高程精度远远高于其标称精度的特点,研究设计了一种无地面控制条件下利用SRTM作为高程约束的立体区域网平差方法。通过构建一个较大范围区域网并匹配密集连接点,将SRTM作为连接点物方高程初值,并在平差解算过程中确保分布于地形平坦区域(根据经验,在该类区域SRTM精度较高)的连接点的物方高程严格趋近SRTM高程,最终实现大范围区域内影像高程精度的整体提升。通过以覆盖湖北省全境的资源三号卫星三线阵立体影像作为试验影像的试验验证表明,采用该平差方案,在无地面控制点条件下资源三号立体影像的高程中误差从7.2m提升到2.0m,其中地形平坦区域高程中误差1.44m,山地区域高程中误差3.0m,达到了我国1∶25 000比例尺测图应用的高程精度要求。     

资源三号卫星境外高精度定位方法研究

针对资源三号卫星境外高精度定位的实际需求,在缺乏境外地面控制点数据的情况下,采用美国华盛顿地区几何定位精度较高的商业卫星WorldView影像作为控制数据对其进行系统误差检校和精度评价。试验表明,资源三号卫星在美国华盛顿地区的平面精度约为16.702 m,高程精度约为2.435 m。在中心布设一个控制点剔除系统误差后,可以显著提高卫星的平面定位精度。     

机载三线阵CCD影像自检校光束法区域网平差

将基于附加参数的自检校光束法区域网平差技术应用于机载三线阵CCD传感器ADS40影像的几何定位处理,分析了机载三线阵CCD传感器成像的误差特性,建立了相适有效的自检校附加参数模型,以及3种形式的外方位元素变化模型和自检校光束法区域网平差模型。实验结果表明,自检校光束法区域网平差能够有效补偿ADS40影像存在的系统误差,显著提高定位精度。     

资源三号测绘卫星三线阵影像高精度几何检校

高精度几何检校是测绘卫星实现立体测图的关键。提出了用于星载光学卫星在轨几何检校的严密成像几何模型,推导了多线阵CCD拼接的内方位元素模型,在此基础上构建基于偏置矩阵及内方位元素模型的多检校场联合几何检校模型和几何检校方案。针对我国第一颗民用测绘卫星资源三号,利用华北多个地区1∶2000的数字正射影像和数字高程模型对资源三号三线阵影像进行几何检校,利用河北安平靶标区域三线阵数据进行验证。结果表明,采用本文的方案,资源三号测绘卫星无控制点平面定位精度优于20 m,利用靶标控制点的平面定位精度优于0.6 m,高程精度优于0.5 m,达到资源三号测绘卫星所能达到的理论极限精度;并验证了资源三号三线阵相机并不存在镜头光学畸变,只是存在主距变化、CCD排列旋转等引起的线性误差。     

资源三号测绘卫星三线阵影像高精度几何检校EI北大核心CSCD

高精度几何检校是测绘卫星实现立体测图的关键。提出了用于星载光学卫星在轨几何检校的严密成像几何模型,推导了多线阵CCD拼接的内方位元素模型,在此基础上构建基于偏置矩阵及内方位元素模型的多检校场联合几何检校模型和几何检校方案。针对我国第一颗民用测绘卫星资源三号,利用华北多个地区1∶2000的数字正射影像和数字高程模型对资源三号三线阵影像进行几何检校,利用河北安平靶标区域三线阵数据进行验证。结果表明,采用本文的方案,资源三号测绘卫星无控制点平面定位精度优于20 m,利用靶标控制点的平面定位精度优于0.6 m,高程精度优于0.5 m,达到资源三号测绘卫星所能达到的理论极限精度;并验证了资源三号三线阵相机并不存在镜头光学畸变,只是存在主距变化、CCD排列旋转等引起的线性误差。     

高分辨率卫星影像几何精度真实性检验方法

以日本ALOS卫星为例,分析了线阵推扫式卫星影像成像特征,从理论上阐述利用严密成像几何模型建立卫星影像像点与物点之间的成像几何关系,并利用光束法区域网平差技术对影像几何精度进行真实性检验的方法。在实验部分,基于中国嵩山遥感几何定标场的参考数据,对ALOS卫星影像的几何精度进行了验证,获取了它的有控和无控的定位精度,并用解算的外方位元素建立立体模型,检测不同地形生成DEM精度。     

资源三号测绘卫星影像平面和立体区域网平差比较

针对弱交会条件下卫星遥感影像区域网平差无法正确求解的问题,本文提出了利用数字高程模型（DEM）作为高程约束的平面区域网平差方法提高其对地目标定位精度的策略。首先,选取带仿射变换项的有理函数模型（RFM）作为卫星影像平面区域网平差的数学模型。其次,在平差过程中更新连接点的地面坐标时仅求解地面点的平面坐标,高程值利用DEM进行内插获得。最后,在布设少量控制点的情况下通过平面区域网平差求解所有参与平差的卫星影像定向参数和连接点的地面平面坐标。利用两个地区的资源三号正视影像的平面区域网平差以及前正后三视影像的立体区域网平差的对比试验表明,对于资源三号卫星影像在1:50000DEM的支持下,平面平差可以达到和立体平差相当平面精度。对于近似垂直正视的资源三号影像,全球1km格网的DEM和90m格网的SRTM可以取代1:50000DEM作为高程控制,平面精度几乎没有损失。最终,试验结果证明了平面区域网平差方法的有效性和可行性。     

POS辅助机载三线阵影像自检校光束法平差

将基于附加参数的自检校光束法区域网平差技术用于机载三线阵CCD传感器ADS40影像的几何定位处理中,分析并建立POS数据的引入模型、两种模式的自检校附加参数模型以及自检校光束法区域网联合平差模型。采用试验场ADS40数据进行不同地面控制点配置的常规和自检校光束法区域网平差试验。结果表明,自检校光束法区域网平差能够有效补偿影像存在的系统误差,显著提高定位精度。     

天绘一号卫星影像自检校光束法区域网平差

针对卫星发射过程中产生的像点坐标偏差导致对地定位精度低下的问题,该文以国产高分辨率卫星天绘一号三线阵影像为例,构建了内方位自检校参数模型和不同的外方位内插模型,建立了多传感器自检校光束法区域网平差模型。利用一景三线阵数据进行实验,结果表明,相同控制方案下,定向片模型自检校方案优于其他外方位模型自检校方案;控制点数量为5、定向片数量为4时,整体平差精度最高,检查点定位精度可以达到平面7.28m和高程4.02m。     

资源三号卫星三线阵CCD影像自检校光束法平差

本文将自检校光束法区域网平差技术用于资源三号卫星三线阵CCD影像的精确定位处理中。根据传感器成像特点,分析设置了ZY-3 TLC影像坐标系统误差自检校附加参数模型,在将轨道姿态数据转换为外方位元素后,通过合理设置变化模型将其引入光束法平差中,构建了自检校光束法平差模型。利用嵩山实验场地区ZY-3 TLC影像及辅助数据,通过常规和自检校光束法平差,对不同平差模型、不同控制点数量对定位精度的影响进行了实验和评估。结果表明所用ZY-3 TLC影像经常规平差后存在较为明显的系统误差,可以通过设置合适的附加参数利用自检校光束法区域网平差进行有效补偿,显著提高定位精度。     

仅用虚拟控制点的超大区域无控制区域网平差

利用光学卫星影像进行无控制测图是摄影测量追求的目标。针对超大区域无控制测图的需求,本文提出了一种以单景影像为平差单元,基于虚拟控制点的光学卫星影像超大规模无控制区域网平差方法。该方法利用待平差影像的初始RPC模型生成虚拟控制点,并将其作为带权观测值引入平差模型中以改善平差模型的状态,克服了在无控制点条件下平差精度不稳定、误差过度累积引起的网的扭曲变形等问题。为了验证本方法的有效性和精度,利用资源三号卫星获取的覆盖全国的26 406景影像进行区域网平差试验,并利用全国范围内分布的约8000个高精度控制点对平差后自动生产的DOM和DSM产品的几何精度进行验证。试验结果表明,平面和高程中误差均达到了4m以内,同时,区域网内部相邻影像之间的几何拼接精度优于1个像素,满足无缝拼接的要求。     

基于资源3号影像的全国DOM快速制作方法

基于国际高分辨率卫星影像区域网平差制作数字正射影像图(DOM)的应用较多,针对大区域范围内的中国高分辨率卫星影像的无控制区域网平差的DOM快速制作还鲜有提及。以资源三号卫星三线阵影像为数据源,基于自主光学遥感卫星姿态低频系统误差检测与标定及稳态重成像的传感器校正方法、大规模区域网数据高效组织与区域网自动构建技术、无控制区域网平差技术、影像密集匹配技术、DOM自动纠正技术,实现了全国DOM产品的快速生产。试验结果表明,采用该方法无需地面控制点,并能有效提高中国遥感影像的几何定位精度,真正实现全国DOM产品的快速生产。     

DEM约束的卫星影像定位法

作为"云控制"摄影测量理论和方法的发展,研究了DEM约束的立体卫星影像区域网平差方法。与DEM仅作为高程控制信息使用,或者是通过DEM表面匹配实现绝对定向的间接定位方法不同,DEM作为平高控制信息被直接引入至基于RFM模型的卫星影像区域网平差之中。本文方法将连接点地面高程与DEM格网内插高程之差作为虚拟观测值构建约束方程,不仅利用了DEM高程信息,并且利用了其地形曲面包含的平面信息,以"云控制"方式在区域网平差过程中有效消除卫星影像RPC参数中包含的整体偏移及区域网内部的扭曲变形,实现了无地面控制点条件下卫星影像平面及高程绝对定位精度的大幅提升。使用覆盖山东全境的330景天绘一号立体卫星影像进行试验,分别以AW3D30、ASTER GDEM和SRTM GL3共3种开源DEM作为控制信息,并使用100个外业实测控制点进行精度评测。试验表明,以DEM作为控制可显著提高区域网平差的平面与高程精度,卫星影像绝对定位精度与DEM自身精度有关。当使用AW3D30作为控制时,可以取得与使用100个外业控制点平差同等精度,平面中误差为5.0 m(约1像素),高程中误差为2.9 m。试验结果证明了DEM替代外业控制点作为平差控制信息的有效性与可行性。     

基准网辅助的大区域卫星影像区域网平差技术

针对目前使用数字正射影像图(DOM)作为控制资料,纠正卫星影像,容易造成几何形变的误差传递的问题,该文提出了构建原始影像基准网,进行大区域卫星影像区域网平差的方法。该方法使用外业控制点作为地面控制资料,激光点云生产的数字高程模型(DEM)数据作为高程资料,利用区域网平差技术解算基准网影像的有理多项式系数(RPC)文件,配合DEM辅助弱连接点检测技术增强基准网的稳健性,而后利用高精度连接点匹配基准网解算同源待平差影像的RPC文件。该文使用该方法建立了基于39景高分二号影像的河南安阳、鹤壁地区的基准网,并对两景新增影像进行平差处理。结果表明,平面中误差为1.6m,达到1∶10 000数字正射影像生产的精度要求,相邻影像之间的几何拼接精度优于1个像素,满足了无缝拼接。