多源异构遥感影像联合定位模型研究

摘要

本文在分析不同载体和不同传感器影像定位模型的基础上，对现有航空航天光学与雷达遥感影像的构像方程和定位模型进行了改造或重建，并从构像方程、轨道姿态精化模型和测量数据处理三个关键点着手，在内定向和轨道姿态测量精度较高的情况下，通过对传感器参数和平差参数的配置，实现多源异构遥感影像一体化“空中三角测量”处理技术，实现稀少(无)地面控制点多源异构遥感影像的联合定位。论文完成的主要工作及贡献有：(1)构建了地心直角坐标系中航空光学影像的构像方程和定位模型地心直角坐标系中构建了航空遥感影像的定位模型，相对于地球椭球切面直角坐标系和地图投影坐标，不用考虑地球曲率影响，减少了POS数据的转换，有利于多源影像和多源数据的联合处理；将飞行向切面直角坐标系作为姿态参考基准的方法，克服了姿态角解算奇异与多解问题。
　　(2)在地固地心直角坐标系中构建了航天光学影像的构像方程和定位模型
　　通过对偏流角的适应性处理，直接在地固地心直角坐标系中建立了航天影像的构像方程，不用考虑地球自转等参数，使得地心坐标系中的构像方程更简洁、实用性更强；将轨道修正模型建立在飞行坐标系中，与轨道系统误差规律相适应，方便水平方向和航高方向的定权，更适合大跨度航天遥感影像的定位；建立了基于共线方程与基于像元视线向量的定位模型间的内在联系，使得航天遥感影像的轨道姿态精化、像点坐标与地面点坐标正反算更易于实现。
　　(3)构建了基于外方位元素的雷达影像构像方程和定位模型
　　构像方程是摄影测量中最基本最重要的公式，本文以外方位元素作为定向参数，基于距离和共面条件构建了一种侧视雷达遥感影像简洁严密的构像方程。该方程反应了雷达影像距离向和方位向的成像机理，平差时像点坐标作为摄影测量独立观测值的属性得到体现，使雷达影像定位更易融入摄影测量数据处理的成熟算法。论文以距离共面方程为基础，给出了一套包括纠正、立体定位、区域网平差、匹配几何预处理等内容在内较为完整的航空航天侧视雷达影像定位理论和方法。
　　(4)实现了多源异构遥感影像空中三角测量的一体化处理
　　对本文所建立的不同影像定位模型进行概括，以外方位元素作为统一的定向参数，以地固地心直角坐标系作为统一的物方坐标系，以联合平差作为统一的数据处理方法，以轨道姿态多项式精化模型和像点坐标显函式的构像方程为基础，实现了多源异构遥感影像空三的一体化处理，通过对传感器参数和平差参数的配置，实现多源影像的单独或联合定位。对于无传感器几何参数的影像，提出了基于等效传感器的遥感影像严密定位，给出了几种等效传感器参数的获取方法，扩展了严密定位模型的应用范围，简化了一些影像的定位处理。模型的解算对控制点的个数没有要求，模型本身不受地球曲率的影响，不受影像地面覆盖范围的限制。
　　(5)对大规模遥感影像区域网平差的解算与影像定位方位元素相关性问题进行了研究
　　给出了一种不包含地面点坐标未知数的改化后法方程系数矩阵的直接填写方法，省去了误差方程系数的和法方程地面点坐标未知数系数的存储空间；对影像定位定向参数去相关性方法进行了总结比较试验，得出一些对遥感影像定位联合平差有指导性的结论；将计算机仿真技术引入遥感影像定位的误差影响因素、定向参数相关性影响分析领域，为复杂的遥感影像严密定位误差研究提供了一个定量化、可视化的分析工具。
　　(6)对所提出的理论方法进行试验验证
　　以论文所提出的理论方法为基础，编写了适合多传感器影像联合空三处理的软件原型，通过对传感器参数的配置，实现了不同传感器影像的单独或联合定位。论文选择了有代表性的9种不同类型传感器影像进行了单独和联合定位试验(涉及影像的纠正和立体定位，其中 ALOS/PRISM、红外点扫描、SPOT/HRS传感器影像通过提取等效传感器参数进行严密定位)，并对试验进行了分析，得出了一些有意义的结论，验证了本文所建立的构像方程和一体化空三模型的正确可行性。
　　该论文有图98幅，表37个，参考文献136篇。

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英文摘要

Extended Abstract

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Contents

图清单(List of Figures)

表清单(List of Tables)

1 绪论

1.1研究背景(Research Background)

1.2 遥感影像定位技术现状与趋势(The Present Status and Trend of the Research on the Remote Sensing Image Positioning)

1.3 研究意义、目标、内容(Significance, Objectives and Contents)

2 遥感影像空中三角测量理论基础

2.1 坐 标 系 统 与 坐 标 转 换 (Coordinate System and Coordinate Transformation)

2.2姿态描述与转换(Manifestation and Conversion of the attitude)

2.3 轨道的拟合与插值(Orbit Fitting and Interpolation)

本章小结

3 地心直角坐标系航空光学遥感影像定位

3.2 地心坐标系框幅式(面阵)影像严密定位模型(The Model of Rigorous Positioning of Aerial Frame (Area Array) Image)

3.3航空线阵影像的预处理(The Preprocessing of Linear Array Image)

3.4 地心坐标系线阵影像严密定位模型(The Model of Rigorous Positioning of Aerial Linear Array Image Supported)

本章小结

4 稀少控制点大跨度航天光学影像定位

4.1 地心坐标系航天光学遥感影像共线方程的两种形式(The Collinearity Equation Form of Space Optical Remote Sensing Image in GCCS)

4.2 地固地心直角坐标系共线方程(The Collinearity Equation of Space Optical Remote Sensing Image in the ECR Coordinate System)

4.3 航天光学遥感影像的严密定位(The Rigorous Positioning of Space Optical Remote Sensing Image)

4.4 适合大跨度遥感影像的定位模型(The Model of Positioning suitable for Large-span Space Remote Sensing Image)

5 基于距离-共面方程的侧视雷达遥感影像定位

5.1 侧视雷达成像及其特点(Imaging and Characteristics of the Side-looking Radar)

5.2 侧视雷达影像定位R-Cp方程(R-Cp Equation of Side-looking Radar Image Positioning)

5.3 像点坐标显函数形式的距离-共面方程(The Range-Coplanarity Equation of the Explicit Function Form of Image Point Coordinates)

5.4 基于距离-共面方程的侧视雷达影像定位(The Radar Image Positioning Based on Range-Coplanarity Equation)

本章小结

6 多源异构遥感影像的一体化空中三角测量技术

6.1 多源异构遥感影像的一体化空三技术(Integrated Technology of Photographic Triangulatiion for Multi-source Remote Sensing Image)

6.2 基于等效传感器参数的遥感影像严密定位(The Rigorous Positioning of Remote Sensing Image Based on Equivalent Sensor Parameters)

6.3 多传感器遥感影像严密定位程序实现(The Implementation of

7 平差解算与定位精度若干问题

7 Several Issues of Adjustment Calculation and Positioning Accuracy

7.1 大型区域网平差的解算(The Calculation of Large Block Adjustment)

7.2 方位元素误差及相关性对影像定位影响仿真(The Simulation of the Impacts of Error and Correlation of Orientation Elements on the Positioning of Remote Sensing Image)

7.3 遥感影像定位方位元素的去相关性(The Decorrelation of Orientation Elements of the Positioning of Remote Sensing Image)

本章小结

8 应用与试验

8.1方位元素相关性去除与误差补偿试验(Test of the Correlation Removal and Error Compensation of Orientation Elements)

8.2 航空框幅式影像区域网平差(Block Adjustment of Airborne Frame Sensor Images)

8.3 航空三线阵 ADS40 影像区域网平差(Block Adjustment of Airborne Three Line Array Sensor ADS40)

8.4 宽覆盖环境灾害监测卫星单线阵影像正射纠正(Ortho-Rectification Tests of Wide Ground Coverage CCD Images of Environmental Disaster Monitoring Satellite)

8.5扫描式红外影像的正射纠正(Orthorectification of Infrared Scans Sensor Image)

8.6 大跨度 SPOT5/HRS 立体条带影像区域网平差(Block Adjustment for Long-Strip Stereo Images of SPOT5/HRS)

8.7 航天三线阵 ALOS/PRISM 影像定位试验(Positioning Test of Spaceborne Three Line Array Sensor ALOS/PRISM Images)

8.8 克莱门汀月球面阵影像定位试验(High-Accuracy Positioning Test of Clementine Lunar Images)

8.9 星载 SAR 遥感影像定位试验(Positioning Tests of Spaceborne SAR Images)

本章小结

9 总结与展望

9.1 主要工作及结论(Major Work and Conclusions)

9.2 主要创新点(Main Innovative Points)

9.3 不足与展望(Insufficiency and Prospects)

参考文献

作者简历

学位论文数据集