多源異構(gòu)遙感影像聯(lián)合定位模型研究

程春泉

1.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京100039；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)測(cè)與測(cè)繪學(xué)院，徐州221116

多源異構(gòu)遙感影像聯(lián)合定位模型研究

程春泉1，2

1.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，北京100039；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)測(cè)與測(cè)繪學(xué)院，徐州221116

在分析不同載體和不同傳感器影像定位模型的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有航空航天光學(xué)與雷達(dá)遙感影像的構(gòu)像方程和定位模型進(jìn)行改造或重建，并從構(gòu)像方程、軌道姿態(tài)精化模型和測(cè)量數(shù)據(jù)處理等方面著手，在內(nèi)定向和軌道姿態(tài)測(cè)量精度較高的條件下，通過對(duì)傳感器參數(shù)和平差參數(shù)的配置，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)遙感影像一體化“空中三角測(cè)量”處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)稀少（無(wú)）地面控制點(diǎn)條件下不同源遙感影像的單獨(dú)或聯(lián)合定位。論文完成的主要工作有：

（1）地心直角坐標(biāo)系中構(gòu)建航空遙感影像的定位模型，相對(duì)于切面直角坐標(biāo)系和地圖投影坐標(biāo)，不用考慮地球曲率影響，減少了POS數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，有利于多源影像和多源數(shù)據(jù)的聯(lián)合處理；將飛行向切面直角坐標(biāo)系作為姿態(tài)參考基準(zhǔn)的方法，克服了地心坐標(biāo)系0°～360°范圍姿態(tài)角的解算奇異與多解問題。

（2）通過對(duì)偏流角的適應(yīng)性處理，直接在地固地心直角坐標(biāo)系中建立航天影像的構(gòu)像方程，不用考慮地球自轉(zhuǎn)等參數(shù)，使得地心坐標(biāo)系中的構(gòu)像方程更簡(jiǎn)潔實(shí)用；將軌道修正模型建立在飛行坐標(biāo)系中，與軌道系統(tǒng)誤差規(guī)律相適應(yīng)，方便水平方向和航高方向的定權(quán)，適合大跨度航天遙感影像的定位；建立了基于共線方程與基于像元視線向量定位模型間的內(nèi)在聯(lián)系，使得航天遙感影像的軌道姿態(tài)精化、像點(diǎn)坐標(biāo)與地面點(diǎn)坐標(biāo)正反算易于實(shí)現(xiàn)。

（3）構(gòu)像方程是攝影測(cè)量中最基本最重要的公式，論文以外方位元素作為定向參數(shù)，根據(jù)側(cè)視雷達(dá)成像的距離條件和波束中心共面（range－coplanarity，R－Cp）條件構(gòu)建簡(jiǎn)潔嚴(yán)密的側(cè)視雷達(dá)遙感影像幾何構(gòu)像模型－距離共面方程，距離方程反映了雷達(dá)影像距離向的成像機(jī)理，包含姿態(tài)方位角的共面方程反映了雷達(dá)影像方位向的成像機(jī)理，像點(diǎn)坐標(biāo)顯函數(shù)形式的距離共面方程使得數(shù)據(jù)平差處理時(shí)像點(diǎn)坐標(biāo)作為攝影測(cè)量獨(dú)立觀測(cè)值的屬性得到體現(xiàn)，使雷達(dá)影像的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理容易利用光學(xué)影像成熟的算法。論文以距離共面方程為基礎(chǔ)，給出一套包括糾正、立體定位、區(qū)域網(wǎng)平差等內(nèi)容在內(nèi)的航空航天側(cè)視雷達(dá)影像定位理論和方法。

（4）對(duì)論文所建立的不同影像定位模型進(jìn)行概括，以外方位元素作為統(tǒng)一的定向參數(shù)，以地固地心直角坐標(biāo)系作為統(tǒng)一的物方坐標(biāo)系，以聯(lián)合平差作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理方法，以軌道（航跡）姿態(tài)多項(xiàng)式精化模型和像點(diǎn)坐標(biāo)顯函式的構(gòu)像方程為基礎(chǔ)，通過對(duì)傳感器參數(shù)和平差參數(shù)的配置，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)遙感影像空三的一體化處理。對(duì)于無(wú)傳感器幾何參數(shù)的影像，提出基于等效傳感器的遙感影像嚴(yán)密定位技術(shù)，給出幾種等效傳感器參數(shù)的獲取方法，擴(kuò)展了嚴(yán)密定位模型的應(yīng)用范圍。模型實(shí)現(xiàn)了稀少或無(wú)地面控制點(diǎn)條件下的單源或多源影像糾正、立體定位及區(qū)域網(wǎng)平差。

（5）給出一種不包含地面點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)的改化后法方程系數(shù)矩陣的直接填寫方法，省去誤差方程和法方程地面點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)系數(shù)的存儲(chǔ)空間；對(duì)影像定位定向參數(shù)去相關(guān)性方法進(jìn)行比較試驗(yàn)和總結(jié)，得出一些對(duì)遙感影像定位有指導(dǎo)性的結(jié)論；將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入遙感影像定位的誤差影響因素、定向參數(shù)相關(guān)性影響分析領(lǐng)域，為復(fù)雜的遙感影像嚴(yán)密定位誤差研究提供一個(gè)定量化、可視化的分析工具。

（6）編寫適合多傳感器影像聯(lián)合空三處理的軟件原型，通過對(duì)傳感器參數(shù)的配置，實(shí)現(xiàn)不同傳感器影像的單獨(dú)或聯(lián)合定位。并選擇有代表性的9種不同類型傳感器影像進(jìn)行單獨(dú)和聯(lián)合定位試驗(yàn)，包括航空框幅式影像區(qū)域網(wǎng)平差、航空三線陣ADS40影像區(qū)域網(wǎng)平差、環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測(cè)衛(wèi)星單線陣寬覆蓋影像正射糾正、點(diǎn)掃描式紅外影像的正射糾正、大跨度SPOT5／HRS立體條帶影像區(qū)域網(wǎng)平差、航天三線陣ALOS／PRISM影像定位、克萊門汀月球面陣衛(wèi)星影像定位、機(jī)載SAR遙感影像定位、星載SAR遙感影像定位、航空線陣影像與航天線陣影像的聯(lián)合定位、星載線陣與星載SAR影像的聯(lián)合定位、航空線陣與星載SAR影像的聯(lián)合定位等系列試驗(yàn)，驗(yàn)證所建立的一體化空三模型的可行性。

Research on Combined Positioning Model of Multi－source Heterogeneous Image

CHENG Chunquan1，2
1.Chinese Academy of Surveying and Mapping，Beijing100039，China；2.School of Environmental and Spatial Informatics，China University of mining ＆Technology，Xuzhou 221116，China

P236

D

1001－1595（2012）01－0629－01

2011－06－21

程春泉（1972—），男，副研究員，2010年6月獲得中國(guó)礦業(yè)大學(xué)攝影測(cè)量與遙感專業(yè)博士學(xué)位（指導(dǎo)教師：鄧喀中教授、張繼賢研究員），研究方向?yàn)閿?shù)字?jǐn)z影測(cè)量。

Author：CHENG Chunquan（1972—），male，associate researcher，he received his doctorate in photogrammetry from School of Environmental and Spatial Informatics，China University of Mining and Technology in June 2010，majors in digital photogrammetry.

E－mail：cspring＠casm.ac.cn