基于深空对地观测的半球影像几何校正方法研究

摘要

地球长期自然演化和人类活动形成的全球变化和宏观地球科学现象正成为各国和科技界日益关注的方向之一。目前传统的星—机—地遥感平台对地观测技术存在观测周期长、观测角度小等局限，导致难以满足全球变化科学问题全球尺度观测能力的需求。针对该局限，郭华东院士提出了月基平台对地观测技术的新思想，月球基地成为对地全球变化监测的理想平台，可实现大尺度的、瞬时的全球变化监测，有利于宏观地球科学现象的研究。星球尺度遥感影像的几何校正是深空对地观测亟待研究的重要问题之一。以月基为例的深空对地观测星球尺度遥感影像，受到超远距离、地球曲率、地形起伏等各因素的影响，导致遥感影像严重的几何畸变；此外，遥感影像大部分被海、云覆盖，地面控制点的数量少且分布不均使得传统卫星遥感影像几何校正方法无法满足深空对地观测半球影像的几何校正需求。
　　本研究致力于解决在控制点数量少且分布不均的情况下半球影像几何校正问题，以月基对地观测为例，开展超远距离对地观测半球遥感影像的几何校正方法研究，主要研究内容包括：1）分析了月基对地半球影像几何畸变的影响因素与影像特征；2）建立了适用于月基影像表达的投影极坐标系；3）提出了一种投影极坐标几何校正模型进行半球影像几何校正的方法。通过两组模拟实验开展了投影极坐标几何校正模型与一般多项式模型对控制点数量与控制点分布情况的依赖性研究。结果表明：1）所提出的投影极坐标系能够有效的表达半球影像，能够更好的保持月基平台对地观测影像的原始信息；2）投影极坐标几何校正模型可解决月基对地观测遥感影像地球模型和地球曲率引起的几何畸变问题；3）能够利用少量的且不均匀的控制点进行较准确的地理编码，从而提高月基对地观测星球尺度遥感影像几何精度。
　　该研究推动了月基对地观测科学研究工作的进展，为后续月基遥感影像的信息识别、解译、分析提供技术保障。

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

目 录

Contents

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究目的与意义

1.3 国内外研究进展

1.3.1 深空对地观测研究进展

1.3.2 几何校正研究进展

1.4 论文开展的主要工作

2 月基影像几何畸变影响因素分析

2.1 地月运动规律

2.1.1 地月的时空关系

2.1.2 月下点的模拟分析

2.2 地球曲率影响

2.2.1 地球曲率几何畸变

2.2.2 球-椭球模型地球曲率分析

3 半球影像的坐标表达方法与误差分析

3.1 新建投影极坐标系的建立

3.1.1 平行投影与中心投影分析

3.1.2 基于月下点的投影极坐标系建立

3.2 三种坐标系的相互转换

3.2.1 大地坐标系与空间直角坐标系的转换

3.2.2 空间坐标系与投影极坐标系的转换

3.3 坐标模型的误差分析

3.3.1 球-椭球模型误差分析

3.3.2 分区误差分析

3.4 本章小结

4 基于投影极坐标的半球影像几何校正方法

4.1 基于投影极坐标的几何校正流程

4.1.1 投影极坐标几何校正方法技术流程

4.1.2 投影极坐标几何校正模型

4.2 精度评价

4.2.1 经纬度误差分析

4.2.2 图像坐标误差分析

4.3 本章小结

5 基于投影极坐标几何校正的模拟仿真实验

5.1 实验技术路线

5.1.1 实验框架

5.1.2 实验模型介绍

5.1.3 模拟实验数据

5.2 模型对控制点数量的依赖性研究

5.2.1 控制点与检查点数据

5.2.2 传统-新建校正模型系数的确定

5.2.3 实验结果对比分析

5.2.4 控制点数量依赖性研究总结

5.3 模型对控制点分布情况的依赖性研究

5.3.1 控制点与检查点的选取

5.3.2 传统-新建校正模型系数的确定

5.3.3 实验结果对比分析

5.3.4 控制点分布情况依赖性分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要研究工作与创新点

6.2 展望

参考文献

附 录

致 谢

作者简介及在硕士学习期间完成的主要工作