GBT 40523-2021 1：25000 1：50000光学测绘卫星几何检校技术规范

1:50000光学测绘卫星几何检校技术规范2021-10-11发布2021-10-11实施GB/T40523—2021 I 2规范性引用文件 3术语和定义 4总则 24.1检校内容 24.2精度要求 24.3检校流程 25检校条件 35.1卫星数据获取条件 35.2检校控制数据条件 36检校项目和方法 46.1检校项目 46.2检校方法 47检校精度验证 47.1检校后影像产品生产 7.2检校精度验证 48检校结果及检校周期 48.1检校结果 8.2检校周期 9质量控制和记录要求 5附录A(资料性附录)人工标志布设样例 6附录B(资料性附录)外定向检校方法 附录C(资料性附录)基于指向角的内定向几何检校方法 8附录D(资料性附录)基于畸变参数的内定向几何检校方法 9附录E(资料性附录)检校结果示例 I本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中华人民共和国自然资源部提出。本标准由全国地理信息标准化技术委员会(SAC/TC230)归口。本标准起草单位：自然资源部国土卫星遥感应用中心。11:250001:50000光学测绘卫星几何检校技术规范本标准规定了1:25000、1:50000光学测绘卫星几何检校的总体要求、检校条件、检校项目和方本标准适用于1:25000、1:50000光学测绘卫星在轨几何检校。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T356421:250001:50000光学遥感测绘卫星影像产品CH/T2009全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范CH/T30191:250001:50000光学遥感测绘卫星影像产品生产技术规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。采用卫星地面检校设施或满足几何精度要求的已有地理信息数据(包括数字正射影像和数字高程模型等),定期对测绘卫星传感器的内外定向参数进行解算，建立传感器严密几何模型的过程。描述卫星影像像点在像方空间坐标系中的位置所需要的参数。注：卫星传感器内定向参数包括像主点坐标、主距、畸变参数等。描述卫星传感器摄影光束在物方空间坐标系中的位置和方位的基本参数及其随时间的变化量。注：卫星传感器外定向参数包括卫星轨道测量数据、摄影中心与轨道测量的偏移量、卫星姿态数据、偏置矩阵等。卫星传感器在像方空间坐标系中的实际观测方位与卫星姿态测量方位之间夹角所构成的正交旋转矩阵。指向角pointingfieldangle卫星传感器成像器件的探元在像方空间坐标系中的位置矢量与X、Y轴的夹角。人工标志artificialtarget人工预先布设的、在卫星遥感影像上易于识别的特征目标。2注：改写GB/T14950—2009,定义4.132。4.1检校内容检校内容包括监测卫星传感器成像几何精度，定期解算探元指向角、偏置矩阵、主点、主距等参数及其随时间的变化量，减少成像过程中存在的系统误差及其随时间的累积误差，建立传感器严密几何模型。4.2精度要求光学测绘卫星的内定向检校精度应采用指向角角度转换为像元表示，中误差应优于0.3像元；外定向检校精度应采用卫星姿态角转换为像元表示，中误差应优于1像元。几何检校流程见图1,具体如下：a)检校任务设计。根据卫星传感器几何精度监测数据，确定检校任务，进行检校任务设计，主要包括明确检校范围，制定成像计划，设计检校和验证方法等。b)卫星影像获取。根据检校任务设计，针对检校区域制定成像计划，获取卫星影像。c)检校控制数据获取。利用高分辨率地面参考数据(DOM、DEM)和待检校卫星影像，采用高精度影像匹配算法获取密集均匀分布的匹配控制数据；或同时开展人工标志布设工作，对标志影像提取像点坐标，获取人工标志控制数据。d)检校参数解算。根据获得的检校控制数据，结合精密定轨数据、精密定姿数据、成像时间数据e)检校精度验证。利用地面控制数据，对成像模型进行几何精度验证。f)检校参数提供。分析参数适用范围和变化趋势，编制精度分析报告，将传感器CCD像元指向角、传感器偏置矩阵等检校参数提供生产使用。检校任务设计检校任务设计控制数据与影像获取检校参数解算检校精度验证是否合格是检校精度验证分析图1几何检校在轨工作流程35检校条件5.1卫星数据获取条件5.1.1检校区域位置宜满足以下条件：a)检校区域宜大于被检星载光学传感器幅宽；b)所在地区每月晴天宜不少于15d;c)地形宜选用平地；d)地物宜具有多样性、变化缓慢，高层建筑少；e)交通便利。5.1.2人工标志布设场地宜满足以下条件：a)场地宜大于实际布设面积；场地应平整，相对高差宜小于30cm,坡度宜小于5°;标志布设场地应视线开阔，无建(构)筑物遮挡；b)气象条件宜选择白天、无雨、风力小于4级、阵风不大于7级。5.1.3卫星拍摄条件要求如下：a)卫星检校区域无云；b)检校成像时，卫星侧摆角度应小于15°。5.2检校控制数据条件5.2.1检校控制数据获取方式检校控制数据可采用人工标志获取或自动匹配获取。5.2.2自动匹配检校控制数据获取自动匹配获取检校控制数据要求如下：a)精度要求：用于检校的数字正射影像分辨率应优于0.2m,平面精度应优于0.5m;用于检校的数字高程模型格网尺寸应优于5m,高程精度应优于1m。b)控制数据像方坐标确定：通过待检校影像与数字正射影像匹配获得，采用高精度匹配算法和误匹配点剔除算法，匹配精度应优于0.1像元，误匹配率应小于10%。c)控制数据物方坐标确定：通过对数字正射影像和数字高程模型进行内插方式获得。5.2.3人工标志检校控制数据获取人工标志获取检校控制数据获取要求如下：a)形状与大小：人工标志的形状与大小应根据实际需要设计，并应能在卫星影像上精确识别和定位。人工标志形状设计参见附录A中图A.1、图A.2;人工标志的大小设计沿轨向、垂轨向应大于6像元。b)材料：人工标志的材料应具备色彩均匀、无光泽、耐高低温、强度高、朗伯特性好、重量轻等特点，应采用高反射率和低反射率兼顾的特制材料，低反射率应低于5%,高反射率应高于60%。c)标志布设：人工标志应在卫星成像拍摄前完成布设，标志数量应根据检校方法复杂度确定，每片CCD对应人工标志数量应大于2个，标志分布应覆盖每片CCD全视场。d)物方三维坐标测定：人工标志坐标测量按CH/T2009执行，并应分别在成像前后进行，测量要求采用国家大地2000坐标系，高程采用大地高，平面精度应优于0.1m,高程精度应优于0.1m,测量后应进行记录归档。4GB/T40523—20216检校项目和方法6.1检校项目检校项目包括：a)根据检校控制数据计算光学测绘卫星影像的外定向参数；b)根据检校控制数据计算光学测绘卫星影像的内定向参数；c)根据检校控制数据对检校参数精度进行分析和验证。6.2检校方法检校方法包括：a)运用空间后方交会、空间前方交会、区域网平差等原理，以共线方程为基础，解求被检传感器的b)光学测绘卫星检校外定向检校方法参见附录B,内定向宜采用指向角检校法或畸变参数检校7检校精度验证7.1检校后影像产品生产检校后按CH/T3019进行影像产品生产，产品应满足GB/T35642的要求。7.2检校精度验证产品精度验证应满足以下要求：a)产品精度利用解算得到的像方坐标和控制数据真实像方坐标按误差计算公式进行计算获得。b)产品精度主要评价指标包括沿线阵方向精度m(单位为像元)、沿轨道方向精度m(单位为像元)和像平面精度m(单位为像元)。其中m、m、m分别按公式(1)～公式(3)计算： (1) my=√m²+m (3)式中：x;,y;——由几何模型解算的像方坐标，单位为像元；xo,yo——由控制点量测的真实像方坐标，单位为像元；n——检测点数，不少于20个，单位为个。8检校结果及检校周期8.1检校结果检校结果应满足以下要求：5a)检校满足检校精度要求的可提供给数据生产使用；b)检校结果不满足检校精度要求的应进行分析，并在报告中注明不满足精度的项目，确有必要时重新检校。8.2检校周期光学测绘卫星传感器几何检校周期宜不超过3个月。检校条件容许时，宜适当缩短检校周期。9质量控制和记录要求9.1质量控制要求如下：a)几何检校质量控制参照测绘产品质量控制的有关规定执行；b)质量检查应覆盖几何检校关键环节；c)检校质量主要通过控制数据质量、沿线阵和轨道方向检校后残差分布进行控制；d)几何检校作业过程应严格按流程做好记录。9.2记录主要包括：a)内、外定向输出记录表，记录表样例参见附录E的E.1、E.2;b)几何检校残差表，记录表样例参见E.3。c)人工标志量测记录，如控制点略图、观测手簿、计算结果等；d)检查报告；e)技术总结。6(资料性附录)人工标志布设样例图A.1、图A.2给出了人工标志布设样例图。图A.1人工标志布设样例一图A.2人工标志布设样例二7(资料性附录)外定向检校方法B.1利用检校控制点解求偏置矩阵，补偿载荷安装系统误差。B.2外定向的解求方法宜按摄影测量中后方交会方法进行。偏置矩阵可表示为Ru,见公式(B.1)。式中：R₄R.R₄——传感器在俯仰、横滚、偏航三个方向上的补偿矩阵；φ——传感器在俯仰方向上的补偿角度w——传感器在横滚方向上的补偿角度；k——传感器在偏航方向上的补偿角度。B.3卫星传感器的严密几何模型可按公式(B.2)变换。式中：T,亚，——传感器探元在卫星本体坐标系下的指向角；m——比例尺分母；Rhodgcrs——卫星本体坐标系到地球固定地面参考系的旋转矩阵；X,Y,Z——地面点坐标；X,,Y、,Z、——卫星在地球固定地面参考系下的位置。B.4公式(B.1)可变换为公式(B.3)。B.5误差方程见公式(B.4)。V=Bx—1,W……………(B.4)式中：解算x=(B'B)-!B'l,可计算出偏置矩阵三个角元素(φ,w,k),求解出偏置矩阵。8(资料性附录)基于指向角的内定向几何检校方法C.1将计算得到的偏置矩阵引入严密成像几何模型，利用控制点进行解算，获取每个探元在卫星本体坐标系下的指向角。C.2主要步骤如下：a)求解各控制点对应的探元指向角针对传感器第i个探元，用图像第i列配准获得的多个控制点求解在卫星本体坐标系下的指向角，将严密成像几何模型转换为公式(C.1)、公式(C.2):U误差方程公式见(C.3):利用解算方法x=(B'B)-'BT1,可计算出i探元(tan(亚)tan(亚)),得到该探元指向角。b)求解各探元指向角探元进行探元指向角解求，得到若干探元的探元指向角：(tan(T)c)探元指向角处理对解求获取的所有探元指向角进行多项式拟合，再计算所有探元的探元指向角。多项式拟合宜取不超过5次多项式，见公式(C.4)。tan(T)=ao+a₁s+a₂s²+a₃s³+a+s⁴+ass…(C.4)tan(Yy)=b₀+b₁s+b₂s²+bss⁸+b₄s⁴+bss⁵9GB/T40523—2021(资料性附录)基于畸变参数的内定向几何检校方法a)建立畸变模型严密成像几何模型见公式(D.1):△x=△xo+(k₁r²+k₂r⁴)x+p₁(r²+2x²)+2p₂xy+ysinO△y=△yo+(k₁r²+k₂r⁴)y+p₂(r²+2y²)+2p₁xy+syy建立畸变模型见公式(D.2)～公式(D.4)(x为沿轨向，y为垂轨向):F(x)=△xo+(k₁r²+k₂r⁴)x+p₁(r²+2x²)+2p₂xy+ysinθ-△xF(y)=Ayo+(k₁r²+k2r⁴)y+p₂(r²+2y²)+2p₁xy+syy-△yr=√(x-xo)²+(y-yo)²文=x一xo……………(D.4)y=y—yk₁,k₂——径向畸变系数；p₁,p₂——偏心畸变系数；b)求解畸变参数将严密成像几何模型公式(D.1