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。