亚米级敏捷卫星的无场几何定标方法研究

The agile satellite with sub-meter resolution is becoming the development trend of optical remote sensing satellite. With the increase of resolution of satellite images, traditional geometric calibration methods are difficult to apply to positioning accuracy improvement for the sub-meter satellites due to the requirement of too high accuracy control data. This project takes full advantage of the ability of rapid maneuver to research new geometric calibration methods with no need of external control data from calibration field, which can realize short-period, regular calibration to ensure high positioning accuracy for agile satellites with sub-meter resolution.

亚米级敏捷卫星是光学遥感卫星的发展趋势。随着空间分辨率的日益增高，传统几何定标方法受限于高精度定标控制数据的获取及更新，难以适用于亚米级卫星的高精度几何定标。本项目旨在利用敏捷卫星的快速机动优势，研究无场几何定标理论及方法，最终在无需定标场控制数据的条件下实现亚米级敏捷卫星的外/内定标，从而克服传统几何定标方法严重依赖定标场控制数据的问题，为解决低成本、快速化、常态化定标的难题奠定理论和方法基础，保障我国后续亚米级敏捷卫星的几何定位精度。

随着新一代卫星分辨率的日益走高，传统依赖几何定标场的定标方法将越来越受限于高精度控制数据的获取及更新，难以很好的保障亚米级敏捷卫星的几何定位精度。然而，利用新一代卫星的敏捷成像模式，可以研究不依赖定标场的几何定标方法（无场定标），弥补传统几何定标对地面高精度控制的严重依赖，很好地保障后续亚米级卫星的几何定位精度。.本课题针对星上动态误差和静态误差，分别开展无场外定标和无场内定标研究。针对无场外定标，根据敏捷机动拍摄条件下外方位元素误差引起的几何定位误差大小相近、方向相反特性，提出并验证定标模型；针对无场内定标，建立同名点几何定位一致性约束，提出单星自定标和多星交叉定标方法模型并开展试验验证。.本课题利用仿真数据和在轨真实卫星数据验证了方法的可行性和有效性。针对无场外定标，仿真了卫星0°偏航和180°偏航拍摄的同一区域的两张影像，提取了两张影像中的4个同名点完成无场外定标，定标后无控定位精度从15像素（2m分辨率）提升到1.5像素。同时，试验表明该方法无法消除偏航角方向的系统误差；但由于偏航角误差对几何定位的影响较小，并不影响该方法的可用性。.针对无场内定标，收集了2景内蒙区域的ZY02C影像进行单星自定标，并收集了太原、河南、安平、天津四个区域的总计4景影像进行精度验证，结果表明本课题提出的自定标方法与传统定标场定标方法均能将影像内精度从2个像素提升到0.8像素内，且两种方法精度仅相差0.02像素；收集了3景天津区域、1景河南区域的遥感4号影像开展几何交叉定标验证，结果表明几何交叉定标精度可达到0.01像素，定标后影像内精度均优于0.7像素，且交叉定标与传统定标场定标方法精度相当。.本课题克服传统几何定标方法严重依赖定标场控制数据的问题，为解决低成本、快速化、常态化定标的难题奠定理论和方法基础，保障我国后续亚米级敏捷卫星的几何定位精度。