摄影测量的若干进展SomeProgressinPhotogrammetry课件

1、光学卫星几何精度论证张 过 理论精度分析轨道、姿态、内方位元素对定位精度影响的分析控制点数量及分布、DEM精度对定位精度影响正反算验证和外星验证仿真精度分析考虑控制点数量及分布、考虑DEM精度对比 验证对比 验证轨道模型姿态模型内方位元素模型STK仿真、国产卫星辅助数据轨道仿真姿态仿真对比 验证对比 验证误差数据制作标称数据制作成像几何模型构建误差几何定位标称几何定位-地面处理在轨相机几何标定无控处理定位精度对比 验证带控处理定位精度对比 验证星载光学卫星几何精度预估定位精度需求系统定位精度-无控制点达到多高水平内精度 -减少控制点需求定位精度稳定性需求几何定位指标论证平台仿真精度-平面和高程

2、精度：轨道指标-轨道仿真姿态指标-姿态仿真内方位元素指标-内方位元素表达方式积分时间仿真理论精度和仿真精度对比分析数据处理验证几何指标论证平台轨道仿真该模块主要包含以下四个方面的内容：轨道主要摄动因素分析 轨道积分卫星轨道初值的计算 轨道误差模拟 轨道仿真-轨道主要摄动因素分析低轨卫星的动力学模型 地球中心引力的加速度地球非球形摄动力的加速度大气阻力产生的加速度 轨道仿真-卫星轨道初值的计算基于定位点(lat，lon，H)轨道仿真-轨道误差模拟系统误差：按定轨可能出现的最大误差叠加；随机误差：高斯白噪声 硬件 真正的随机数据流 （昂贵） 软件 伪随机数发生器 乘同余法 0，1分布的伪随机数 标

3、准化- 正态分布 均值为零 方差符合条件量化误差：（影响很小）姿态仿真星历姿态姿态稳定度高频可测部分实际在轨姿态设备安装误差（相机、测姿设备）测姿误差（多种测姿方式）高频不可测部分量化误差（影响很小）姿态仿真-姿态稳定度姿态角长周期变化量，姿态角速率统计量，即姿态漂移，单位为/s，利用随机统计原理模拟成像时间段内的姿态角速率，进行叠加姿态仿真-高频颤振高频颤振模型：姿态仿真-星历姿态的制作设定初始姿态（星敏轨道）叠加姿态稳定度星敏轨道姿态转换为星敏J2000根据测姿输出频率，叠加高频颤振可测部分（J2000系下）；叠加星敏安装、相机安装，制作出相机J2000姿态。按姿态量化指标输出星历姿态仿真

4、-实际在轨姿态误差设备安装误差（定姿、传感器设备）测不准（定姿误差）测不出（高频颤振、设备敏感性限制）输不出（量化误差）系统误差相机、测姿仪器等安装角由于上天后环境改变而发生变化，造成安装误差；安装误差在设备坐标系本体坐标系下叠加姿态仿真-安装误差姿态仿真-测不准（定姿误差）星敏定姿误差叠加在星敏J2000坐标系下，考虑设备安装误差陀螺定姿误差叠加在星敏轨道坐标系下，考虑设备安装误差星敏陀螺联合定姿误差叠加在星敏轨道坐标系下，不考虑设备安装误差姿态仿真-测不出误差测姿仪器敏感程度，低于敏感点的姿态角无法测出（影响较小）；高频颤振影响相机主光轴高频颤振部分，测姿设备无法测量，均为误差；整星体现在

5、测姿设备上的高频颤振，由于频率过高，而测姿输出频率有限，造成误差；按高频颤振的2倍频率离散化后，加入姿态；姿态仿真-输不出（量化误差）星上存储设备具有一定存储瓶颈，对姿态测量数据的量化位数有限。如6号星当量为0.0055姿态仿真-输不出（量化误差）星上存储设备具有一定存储瓶颈，对姿态测量数据的量化位数有限。如6号星当量为0.0055姿态仿真-系统误差系统误差：按定姿中可能出现的最大误差叠加相机安装系统误差：直接叠加到相机安装角上 (相机本体)定姿设备安装系统误差：直接叠加到定姿设备 安装角上面(定姿设备本体)定姿系统误差：相机仿真内方位元素的表示相机畸变模拟相机仿真-内方位元素的表示主点(x0

6、,y0)，主距f相机仿真-相机畸变模拟镜头畸变径向畸变偏心畸变主点偏移、主距变化CCD平面不平引起的畸变CCD排列等随机性误差相机仿真-径向畸变是由镜头形状引起的，它使像点沿径向产生偏差径向畸变是对称的，对称中心与主点并不完全重合，但通常将主点视为对称中心相机仿真-偏心畸变主要是由光学系统光心与几何中心不一致造成的，即镜头器件的光学中心不能严格共线相机仿真-主点偏移、主距变化相机仿真-CCD不平引起的畸变像平面内的平面畸变可表示为仿射变形和正交变形。摄影测量学者认为正交变形部分是由主光轴与CCD阵列不正交引起的，而仿射变形也是由CCD阵列不均匀造成的 相机仿真-系统误差叠加模型相机仿真-随机和

7、系统误差模拟随机误差：按高斯白噪声规律加在面阵上的每个CCD探元的像素坐标上系统误差：按CCD探元坐标中中可能出现的最大误差叠加在每个CCD探元的像素坐标上面几何精度分析理论精度分析仿真精度分析几何精度灵敏度分析理论精度分析理论精度分析其中理论精度分析理论精度分析-姿态误差滚动角俯仰角旋偏角理论精度分析-轨道误差其中其中理论精度分析-相机误差仿真精度分析为无误差模拟影像定位的结果为带测量误差的影像定位的结果。轨道仿真精度与实际轨道对比行时积分仿真与实际行时对比理论精度和仿真精度对比验证-轨道理论精度和仿真精度对比验证-姿态资源三号精度对比轨道形式： 太阳同步圆轨道半长轴： 6876.984km

8、高度： 505.984km倾角： 97.421回归周期： 59天周期飞行圈数：897相邻轨迹间距：44.68km重访周期： 5天降交点地方时：10:30AM卫星轨道(标称值)：实时定位更新速率： 1Hz定位精度： 10m测速精度： 0.1m/s定时精度： 优于1s地面后处理定位精度：0.2m双频GPS测控：资源三号精度对比三轴姿态指向精度：0.1 ( 3) 偏流角修正精度： 0.06 ( 3) 三轴姿态稳定度： 510-4/ S (3) 三轴姿态测量精度：0.01 ( 3) 帆板指向控制精度：4.5 姿态控制：地面像元分辨率: 前视、后视相机：4m 正视相机： 2.5m 多光谱相机： 10m相

9、机每行积分时间 前视、后视：0.477ms0.666ms 正视相机： 0.281ms0.387ms 多光谱相机：0.782ms1.072ms 像元大小尺寸： 前视、后视：10m ,各4片，每片4096个像元 正视相机： 7 m ,共3片，每片8192个像元 多光谱相机：20m ,共4片，每片6000个像元相机：资源三号几何指标论证轨道直接交会平差0.20.160.120.50.400.2810.830.65姿态直接交会平差0.62.402.240.83.162.920.93.623.3213.753.52资源三号几何指标论证内方位直接交会平差0.31.181.160.62.422.3713.9

10、93.90稳定度直接交会平差110-40.990.15510-45.400.79资源三号几何指标论证直接交会单点平差轨道 0.2姿态 0.6内方位0.3选点 0.3姿态稳定度 510-45.853.34直接交会单点平差轨道 1姿态 1内方位0.3选点 0.3姿态稳定度 510-47.314.64资源三号实际几何精度采用人工外业GPS 测量的400GPS点，验证生产后的DSM和DOM资源三号实际几何精度中误差： 1.46米中误差： 1.78米定位精度稳定性内部稳定性-主动温控的措施“相机内部几何稳定性：在轨工作期间，半年之内因相机畸变变化而引起的边缘视场像点偏移小于0.3像元（1）”外部稳定性-

11、一体化安装的措施“要求针对相机内方位元素、相机畸变、相机之间夹角、相机和星敏感器之间夹角、GPS相位中心等进行高稳定性设计，确保检校结果的长期（半年）有效性。”外部稳定性验证-资源三号地区成像时间平面精度(m)蒙古2012.2.214.1098安徽省合肥市2012.3.248.67185江西省进贤县2012.3.2418.58814宁波地区2012.3.259.261451四川凉山地区2012.3.267.061707银川市2012.4.1518.7204印度（北方邦）2012.5.1013.15191俄罗斯（秋明州）20127.2813.95996内部稳定性-资源三号2012-02-03 河

12、南轨2012-02-28 天津轨sample:MAXMINRMS 0.5170360.0000010.120802line:MAXMINRMS 0.1710860.0000010.053711资源三号设计缺憾多光谱波段问题多光谱和全色夹角问题资源三号多光谱夹角：多光谱相机存在6的夹角，导致全色和多光谱影像间直接融合效果不太理想，特别在城区影响更加明显下降沿：多光谱相机拼接像元问题波段范围：多光谱和全色波段范围问题多光谱和全色波段范围问题载荷信息全色相机(前视, 后视, 正视)多光谱相机光谱范围0.5-0.8um蓝: 0.45-0.52um绿: 0.52-0.59um红: 0.63-0.69um近红外: 0.77-0.89um地面分辨率正视: 2.1m前后视: 3.5m5.8m焦距1700mm1750mm像素大小正视: 24576(81923)7um;前后视:16384(40964)10um9216(30723)20um幅宽52km52kmIKONOSBandpan