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内容简介
本书主要介绍高分辨率遥感影像几何定位中涉及的理论方法及关键技术，内括高分辨率遥感影像的成像几何模型、卫星影像的姿态系统误差检校、摄影测量参数在轨几何定标、高分辨率遥感影像的光束法平差、多源辅助数据支持的遥感影像几何定位、基体*小二乘理论的遥感影像几何定位技术等。 本书可以作为高等院校与科研机构目标工程、摄影测量与遥感、测绘工程、地理信息系统及相关专业的工程技术人员、管理人员和本科、研究生的教学科研参考书。
目录
第1章高分辨率遥感影像几何定位技术综述(1)1.1研究背景及意义(1)1.2国内外研究现状(3)1.2.1遥感卫星成像几何模型(3)1.2.2基于模拟数据的分析及卫星影像的系统误差改正(6)1.2.3影像定向参数间相关问题及克服方法(7)1.2.4卫星影像在轨几何定标及光束法区域网平差(8)1.2.5多源数据辅助目标定位(11)1.2.体*小二乘理论用于遥感影像几何定位(13)1.3本章小结(13)第2章遥感影像几何定位基础知识(14)2.1典型高分辨率卫星传感器(14)2.1.1SPOT5HRS对地观测设备(14)2.1.2天绘一号卫星传感器(15)2.1.3资源三号卫星三线阵传感器(17)2.2目标定位中涉及的各类坐标系及其相互转换(19)2.2.1扫描坐标系(19)2.2.2瞬时影像坐标系(19)2.2.3传感器坐标系(19)2.2.4本体坐标系(19)2.2.5轨道坐标系(20)2.2.6空间固定参考坐标系(20)2.2.7地心地固坐标系(20)2.2.8高程系统(21)2.3外方位元素建模(22)2.3.1低阶多项式模型(22)2.3.2定向片模型(23)2.3.3分段多项式模型(25)2.4本章小结(26)第3章常见地理信息数据及实验数据(27)3.1常见地理信息数据(27)3.1.1基准影像数据(27)3.1.2数字高程模型数据(28)3.2模拟数据生成(28)3.2.1单线阵CCD模拟数据生成(29)3.2.2三线阵CCD模拟数据生成(30)3.3真实卫星影像数据(32)3.3.1SPOT5HRS数据(32)3.3.2天绘一号卫星三线阵数据(33)3.3.3资源三号卫星三线阵数据(37)3.3.4IKONOS卫星影像数据(41)3.4本章小结(43)第4章高分辨率遥感影像严格成像几何模型(44)4.1遥感卫星影像成像几何模型(44)4.1.1SPOT5卫星HRS影像成像几何模型(45)4.1.2天绘一号卫星三线阵影像成像几何模型(46)4.1.3资源三号卫星三线阵影像成像几何模型(48)4.2星历姿态辅助条件下的卫星影像直接立体定位(50)4.3姿态系统误差检校模型的建立和解算(51)4.3.1模型的建立(52)4.3.2模型的解算(53)4.4实验与分析(58)4.4.1卫星影像无地面控制直接立体定位实验(58)4.4.2卫星影像姿态系统误差检校实验(60)4.2.3资源三号卫星三线阵影像姿态四元数系统误差检校实验(64)4.4.3利用地面控制点的影像定位实验(67)4.5本章小结(68)第5章遥感卫星线阵传感器摄影测量参数在轨几何定标(69)5.1卫星成像几何模型旋转变换预处理(69)5.2摄影测量参数标定模型的构建(70)5.2.1内部参数标定模型的建立与解算(71)5.3.2外部参数标定模型的建立与解算(75)5.3几何定标的方法(77)5.4基于模拟数据的摄影测量参数解算(79)5.5基于地面检校场的摄影测量参数解算(79)5.6实验与分析(81)5.6.1基于模拟数据的摄影测量参数解算实验(81)5.6.2SPOT5 HRS影像实验(83)5.6.3天绘一号三线阵影像实验(88)5.6.4资源三号卫星三线阵影像实验(92)5.7本章小结(94)第6章高分辨率遥感影像光束法平差方法(96)6.1常规光束法平差模型(96)6.1.1低阶多项式模型描述的光束法平差(97)6.1.2定向片模型描述的光束法平差(98)6.1.3分段多项式模型描述的光束法平差(100)6.2带附加参数的自检校模型(101)6.2.1顾及相差特点的附加参数模型(101)6.2.2基于多项式描述的附加参数模型(104)6.3自检校光束法区域网平差模型(105)6.4平差时各未知参数间相关克服策略(106)6.4.1增设观测方程条件下观测值的定权方法(106)6.4.2验后方差分量估计定权方法(107)6.5精度评定(107)6.5.1理论精度(107)6.5.2实际精度(108)6.6实验与分析(109)6.6.1控制点布设方案(110)6.6.2SPOT5卫星HRS影像实验(110)6.6.3天绘一号卫星三线阵影像实验(114)6.6.4资源三号卫星三线阵影像实验(118)6.7本章小结(121)第7章有理函数模型遥感影像几何定位方法(122)7.1有理函数模型(122)7.2有理函数模型的建立与求解(123)7.2.1建立有理函数模型的控制方案(123)7.2.2有理多项式系数的解算(125)7.3有理函数模型的直接立体定位方法(128)7.4有理函数模型中系统误差补偿策略(130)7.4.1基于物方补偿方案的系统误差补偿模型(130)7.4.2基于物方补偿方案的系统误差补偿模型(131)7.5基于有理函数模型的光束法平差(132)7.6实验与分析(134)7.6.1不同控制方案下检查点的有理函数模型定位实验(135)7.6.2不同控制方案下基于有理函数模型的直接对地定位实验(136)7.6.3天绘一号卫星附带RPC产品验证实验(139)7.6.4有理函数模型遥感影像几何定位实验(141)7.7本章小结(150)第8章多源数据辅助的遥感影像几何定位方法(151)8.1多源数据辅助遥感影像几何定位的基本原理(151)8.1.1辅助控制点的获取(151)8.1.2高程基准转换(152)8.1.3辅助控制点参与定位(152)8.2实验与分析(153)8.2.1辅助控制点精度研究实验(153)8.2.2多源数据辅助定位实验(161)8.2.3小区域基准影像辅助大幅宽遥感影像定位实验(168)8.3本章小结(173)第9章基体*小二乘法的多源数据辅助遥感影像定位(175)9.1一体*小二乘算法(175)9.1.1EIV模型体*小二乘法(175)9.1.2一体*小二乘法的基本算法(175)9.2基体*小二乘法的有理函数模型光束法平差(177)9.3基体*小二乘法的多源数据辅助定位方法(179)9.4实验与分析(180)9.4.1基于TLS的有理函数模型几何定位实验(180)9.4.2基于TLS的多源数据辅助定位实验(183)9.4.3基于TLS的小区域基准影像辅助大幅宽遥感影像几何定位实验(188)9.5本章小结(192)第10章结论与展望(194)10.1研究结论(194)10.2展望(196)参考文献(197)
摘要与插图
第1章高分辨率遥感影像
几何定位技术综述
随着我国高分辨率对地观测系统的不断发展，高分辨率遥感影像已经成为地理空间信息获取的重要手段，也是测制各种比例尺地形图的基本保障。深入了解和掌握当前的研究进展和发展趋势，对系统把握高分辨率遥感影像几何定位技术具有的指导意义。
本章简要介绍了全书研究的背景和意义，深入阐述了当前光学遥感影像数据处理中面临的主要问题，以线阵CCD光学遥感影像为主要研究对象结和归纳针对卫星影像对地定位中涉及的成像几何模型、模拟数据的分析及卫星影像的系统误差改正、影像定向参数间相关问题及克服方法、在轨几何定标及区域网平差、多源辅助数据支持下的遥感影像几何定位体小二乘理论的遥感影像几何定位等关键技术在国内外相关研究的发展及现状。
1.pan style="font-family:宋体">研究背景及意义
进入21世纪以来，随着卫星遥感技术的不断发展，新型遥感卫星平台的相继升空，传感器的不断更新换代，一系列高分辨率卫星遥感系统不断涌现，卫星影像的空间分辨率也不断提高。典型的卫星如美国的IKONOS卫星、QuickBird卫星、WorldView卫星，法国的SPOT5卫星、SPOT6卫星和SPOT7卫星及Pleiades卫星，印度的IRS-P5卫星、IRS-P6卫星，日本的ALOS卫星，韩国的KOMPSAT-2卫星，我国相继发射的天绘一号卫星、资源三号卫星及高分一号卫星等，使得高分辨率卫星影像已经成为人类获取高精度地理参考信息的重要数据源。高分辨率卫星的几何定位和立体测绘能也一直是国内外研究的热点之一。
国外大多数光学遥感卫星均搭载有高精度导航定位、定姿和时间测量等系统，因此能够地提供传感器在成像时刻的外方位元素，从而获取较高的无地面控制点定位精度。美国的IKONOS卫星搭载有高精度的三轴姿态稳定系统，在仅利用星上设备观测信息的条件下，无地面控制点定位精度便能达到平面精度12m，高程精度10m，有地面控制点参与时能够达到平面精度2m，高程精度3m的水平，能够满足1：25000甚更大比例尺的地图测图任务。WorldView系列卫星作为批采用控制力矩陀螺技术的商业卫星，使得该系列卫星具备较高的地理定位精度，在无地面控制点条件下，WorldView-1卫星的平面定位精度能够达到7.6m（CE90），WorldView-2卫星的能够达到6.5m(CE90).法国的SPOT-5卫星采用了DORIS定轨技术和姿态跟踪测算调整技术测定卫星的飞行轨道参数及姿态，使得高分辨率立体成像装置HRS的无地面控制点定位精度达到10~15m，高分辨率几何装置HRG无地面控制点定位精度优于50m，SPOT系列卫星的后续卫星Pleiades-1和Pleiades-2卫星，无地面控制点定位精度更是优于3m。日本的ALOS卫星定姿精度达到在轨处理1.08”，地面后处理0.5”的水平，在高精度姿轨测量的基础上，无地面控制点定位精度能够达到平面精度15m，高程精度6m，有地面控制点定位能够达到平面精度5m，高程精度约为4m。
由此可见，决定卫星影像直接立体定位精度的关键取决于星上位置姿态数据的测量精度。在西方发达国家，定轨定姿系统较为先进，不依赖地面控制点的直接对地目标定位已经取得了重要的成效。然而由于我国在星载姿态测量装置、定轨技术及数据处理技术等方面相对落后，尤其是定姿精度与国外相差一个数量级，在无地面控制点定位情况下，遥感影像对地目标定位精度与国外水平相差很大。针对当前国产遥感卫星定轨定姿的精度问题，任享院士指出：如果卫星星上获取的外方位元素可靠且精度很高，那么无地面控制点摄影测量问题将变得简单。发达国家可以采用能优良的星敏感器（简称）来测定传感器姿态，且星敏测定误差能够达到高频优于1”，低频多为8”，即使经过长时间飞行也不会产生“慢漂”误差。完成星地相机在轨标定后，可以得到良好的无地面控制点摄影测量成果。而对于发展中国家，由于高精度的星敏定姿系统被限制销售，而只能采用等级较低的星敏，且高频误差仅能保持在2”左右，同时还可能存在较大的低频误差。此外，在的在轨运行过程中，还可能存在量值更大的“慢漂”误差，误差数量级甚可达数角分，在这种情况下，要获取理想的无地面控制点定位精度难度很大。
进入21世纪以来，我国在对地观测系统的建设中已经取得了明显的成果，天绘一号卫星及资源三号卫星的发射和运行，使我国获取了大量的高分辨率遥感卫星数据，进而使我国对地观测数据依赖国外的局面得到了程度的缓解，并且在影像分辨率等关键技术指标上已跨入先进行列，在国防及国民经济建设等领域具有广阔的应用前景。但是国产卫星在传感器姿态、轨道确定与控制及星上数据处理技术等方面与国外同时期同类卫星相比尚存在差距，尤其是姿态确定和控制精度与国外相差一个数量级，仍处于一个“以软补硬”的处理阶段，只能依靠地面后处理和控制点来提高定位精度，因此在无地面控制点或稀疏控制点情况下，遥感影像对地目标定位精度不尽如人意。
此外，对传感器核心参数的保护及传感器成像方式的逐渐多样化，与严格成像几何模型相对应，通用成像几何模型便应运而生。通用成像几何模型建立在严格成像几何模型的基础上，可以很好地实现对传感器参数的隐藏，而且在进行软件设计时可采用统一的模型进行几何处理，极大地降低了程序设计的复杂程度，更易于软件的维……