卫星严格成像模型

卫星严格成像模型,线阵推扫成像方式,一、卫星影像的成像概述,线阵推扫成像方式,一、卫星影像的成像概述,线阵CCD传感器成像特点推扫式成像沿轨方向服从平行投影，横轨方向服从中心投影每扫描行的外方位元素随时间变化，并具有很强的相关性,（a）框幅式成像,（b）线阵CCD成像,线阵CCD影像不能采用传统框幅式影像处理方法处理,处理线阵推扫影像的成像模型,一、卫星影像的成像概述,严格成像模型是从轨道模型、姿态模型、成像几何等方面出发来建立线阵推扫式成像的构像模型。通用成像模型与具体的传感器成像无关，直接采用数学函数，如多项式、直接线性变换、仿射变换模型以及有理多项式模型（RPC模型）等形式描述地面点与相应像点之间的几何关系。,严格成像模型分为两种：,位置-旋转（PR）模型：采用卫星位置和旋转角度（绕物方空间参考坐标系笛卡尔坐标系轴线所作的旋转）作为模型参数轨道-姿态（OA）模型：采用卫星轨道参数（或位置与速度）以及姿态角作为模型参数,二、卫星影像的严格成像模型,位置-旋转（PR）模型：,这个模型采用了卫星位置（传感器框标中心点）的坐标和旋转角作为外方位元素,二、卫星影像的严格成像模型,位置-旋转（PR）模型：,二、卫星影像的严格成像模型,轨道-姿态（OA）模型：,二、卫星影像的严格成像模型,OA模型中的姿态角相对于某个相应的“物理”旋转轴。即旁向倾角的轴线是飞行方向；像片旋角的轴线是卫星位置矢量的方向；航向倾角的轴线取与前二个坐标轴正交的方向。,轨道-姿态（OA）模型：,二、卫星影像的严格成像模型,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,建立卫星成像模型的本质仍然是传感器成像光线的几何性质SPOT-5卫星的成像模型是轨道-姿态模型，需要依次确定成像光线在不同坐标系下的方向SPOT-5卫星涉及的坐标系包括：卫星本体系、轨道坐标系和地心地固系,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,本体坐标系-（像空间坐标系）卫星本体坐标系是与卫星平台固联的坐标系，它的原点在卫星的质心，3个坐标轴由卫星姿态控制系统定义。它是惯导、姿态控制等的基本坐标系统。在本体坐标系下，相机中的每个CCD单元的成像光线方向由该单元在CCD阵列上的排列位置和CCD阵列相对于卫星平台的侧视角有关,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,轨道坐标系-（像空间辅助坐标系）卫星轨道坐标系是卫星飞行过程中定义瞬间坐标系，它的原点在卫星的质心，3个坐标轴由卫星瞬间的位置和速度定义。轨道坐标系和本体坐标系的原点是重合的，他们之间只存在三个旋转角的关系，这三个旋转角是通过卫星的姿态控制系统测定、记录的，也就是通常所说的卫星的姿态角。,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,视线向量可通过下式计算：,轨道坐标系（）下的视线方向,轨道坐标系及视线方向,轨道坐标系的定义,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,卫星位置、CCD像元视线及地面点间的几何关系,M=(X,Y,Z)为地面上的一点，则M点可表示为：,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,令,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,星上搭载的轨道和姿态测量记录设备的采样频率远低于每一扫描行成像的频率；SPOT-5轨道采样频率：30秒；姿态采样：0.125秒；SPOT-5影像12000扫描行成像时间9秒：每行0.00076s；SPOT-5影像各扫描行外方位元素（轨道位置和姿态角）随时间变化；,必须建立轨道和姿态模型，由影像元数据记录的轨道姿态值内插出每一扫描行的外方位元素。,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,SPOT-5卫星轨道模型-拉格朗日插值,SPOT5严格成像模型：,二、卫星影像的严格成像模型,由轨道姿态模型内插出的卫星轨道位置和姿态角与传感器成像时卫星的真实轨道姿态存在偏差，将该偏差描述为随时间变化的函数。其中：是卫星轨道和姿态误差改正项系数；是根据轨道姿态模型内插出