单线阵CCD立体影像目标定位误差研究

论文摘要

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。主要工作包括:(1)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。(2)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。(3)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;(4)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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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
• 致谢