单线阵CCD立体影像目标定位误差研究

摘要

随着航天遥感与摄影测量技术的迅猛发展，高分辨率单线阵CCD立体影像在测绘中得到广泛的应用。单线阵CCD相机以其结构简单、体积小、重量轻等优点成为高分辨率测绘卫星的重要发展方向。本文着眼于无地面控制点航天摄影测量，在分析国内外测绘卫星发展趋势和立体定位模型的基础上，对单线阵CCD影像目标定位误差进行深入研究，分析了引起像点量测误差的几何畸变。为减小相机系统误差对定位误差的影响，研究了相机在轨几何标定方法。
　　本研究主要内容包括：⑴阐述了无地面控制点航天摄影测量的基本理论，对比分析了框幅式影像和单线阵CCD影像摄影测量的数学模型，对无地面控制点定位模型进行了深入研究，为后续的精度分析提供理论基础；⑵基于单线阵CCD影像摄影测量的特点，对单线阵CCD同轨立体和异轨立体目标定位精度估算公式进行了数学推导，并利用实验验证；在此基础上，研究了影响目标定位误差的主要误差源，并分析了目标定位误差随误差源的变化规律。像点量测误差和内方位元素对定位误差的影响不可忽略，影像姿态角误差对定位误差影响较大；⑶针对像点量测误差对定位误差的影响，深入研究了由几何畸变引起的像点量测误差。在分析几何畸变影响因素的基础之上，从产生几何畸变的物理过程出发，建立了几何畸变仿真模型，利用该模型能够实现对成像全链路的几何畸变误差分析；⑷卫星在轨运行时，内方位元素和星光相机夹角误差都会发生变化，因此需要进行在轨几何标定。针对单线阵CCD相机摄影测量的特点，改进已有的相机在轨几何标定方法，并设计仿真实验，实验结果表明该方法是可行的。

目录

单线阵CCD 立体影像目标定位误差研究

RESEARCH ON ERROR ANALYSIS FOR TARGETLOCATION OF SINGLE-LINE-ARRAY CCDSTEREO IMAGES

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 课题研究的国内外发展现状

1.2.1 测绘卫星国外发展现状

1.2.2 卫星影像目标定位研究国外发展状况

1.2.3 测绘卫星研究国内发展现状

1.2.4 卫星影像目标定位研究国内发展现状

1.3 本课题主要研究内容

第2章 单线阵CCD 影像摄影测量基础

2.1 坐标系的定义及转换

2.1.1 坐标系的定义

2.1.2 坐标系的变换

2.2 卫星轨道位置和卫星姿态的确定

2.2.1 卫星轨道位置的确定

2.2.2 卫星姿态的确定

2.3 单线阵 CCD 相机立体成像原理

2.3.1 单线阵 CCD 同轨立体的成像原理

2.3.2 单线阵 CCD 异轨立体的成像原理

2.4 单线阵 CCD 影像摄影测量数学模型

2.4.1 框幅式影像摄影测量模型

2.4.2 单线阵 CCD 影像摄影测量模型

2.5 单线阵 CCD 无地面控制点定位模型

2.5.1 与地形无关的有理函数模型（RFM）

2.5.2 严格几何模型

2.6 本章小结

第3章 单线阵CCD 影像目标定位误差分析

3.1 定位精度估算公式推导

3.1.1 单线阵 CCD 同轨立体的误差方程

3.1.2 单线阵 CCD 异轨立体的误差方程

3.2 主要误差源分析

3.2.1 外方位元素误差分析

3.2.2 内方位元素误差分析

3.2.3 像点量测误差分析

3.3 定位精度分析实验

3.3.1 定位精度估算公式的验证

3.3.2 定位误差源权重分析实验

3.3.3 定位误差规律分析

3.4 本章小结

第4章 单线阵CCD 影像几何畸变误差分析

4.1 几何畸变误差源分析

4.1.1 地球曲率的影响

4.1.2 地球自转的影响

4.1.3 卫星姿态变化的影响

4.1.4 卫星振动的影响

4.1.5 卫星轨道变化的影响

4.1.6 相机镜头的影响

4.1.7 大气折射的影响

4.2 几何畸变误差仿真模型

4.2.1 几何投影模型

4.2.2 几何畸变仿真模型

4.2.3 几何畸变仿真实验

4.3 本章小结

第5章 单线阵CCD 相机系统误差校正

5.1 单像空间后方交会原理

5.2 相机在轨几何标定

5.2.1 框幅式相机在轨几何标定

5.2.2 单线阵 CCD 相机在轨几何标定

5.3 单线阵 CCD 相机几何标定实验

5.3.1 标定数据的模拟

5.3.2 标定实验

5.4 本章小结

结 论

参考文献

附录一

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢