獲取大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像地面分辨率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種光學(xué)遙感衛(wèi)星 大擺角條件下嚴(yán)密計(jì)算遙感圖像的地面分辨率方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)遙感衛(wèi)星是通過裝載在衛(wèi)星上的光學(xué)遙感器來獲取地面的圖像，運(yùn)些圖像在 國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防安全都能發(fā)揮巨大的作用，因此光學(xué)遙感衛(wèi)星得到了快速發(fā)展。隨著 應(yīng)用的深入和需求的擴(kuò)展，具有大擺角的光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像可W十分靈活地獲取較 大范圍內(nèi)地表的數(shù)據(jù)，在應(yīng)急減災(zāi)、突發(fā)事情信息獲取等發(fā)面發(fā)揮獨(dú)特的作用。大擺角是指 光學(xué)遙感器的視線方向能夠在俯仰和側(cè)滾進(jìn)行任意較大角度的擺動(dòng)，能夠不改變光學(xué)遙感 衛(wèi)星軌道而獲取地面感興趣區(qū)域的圖像。但是由于大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星采用了能對(duì)俯仰和 側(cè)滾進(jìn)行大角度的擺動(dòng)，給遙感圖像的地面分辨率計(jì)算帶來了一定的困難。此處的大擺角 是指光學(xué)遙感衛(wèi)星對(duì)地球表面觀測(cè)的視線方向偏離光學(xué)遙感衛(wèi)星正下方的偏角角度大于 15度W上。
[0003] 遙感圖像地面分辨率是是指圖像的一個(gè)像素對(duì)應(yīng)著地面的幾何尺寸，光學(xué)遙感圖 像的分辨率和光學(xué)遙感器的焦距、CCD大小、光學(xué)遙感器距離地面點(diǎn)的長(zhǎng)度等參數(shù)密切相 關(guān)。在沒有擺角的情況下，光學(xué)遙感器距離地面點(diǎn)的長(zhǎng)度就等于光學(xué)遙感衛(wèi)星的飛行高度， 它是一個(gè)較為固定參數(shù)，但是在光學(xué)遙感衛(wèi)星有擺角尤其是較大擺角時(shí)，光學(xué)遙感器到目 標(biāo)點(diǎn)的距離就變化的較為復(fù)雜。
[0004] 目前對(duì)光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像分辨率的計(jì)算，還是基本沿襲了傳統(tǒng)膠片攝影時(shí) 代的計(jì)算方法，如史光輝（史光輝、崔慶豐，衛(wèi)星攝影地面分辨率的預(yù)估，光學(xué)機(jī)械，1990年 第5期，總第116期，7~12)把通過衛(wèi)星攝影獲取地面信息的過程看作一個(gè)系統(tǒng)，分析了 影響地面分辨率的因素，由此可W在給定條件下估計(jì)衛(wèi)星攝影的地面分辨率，并沒有具體 給出如何計(jì)算地面分辨率。李大耀（李大耀，有關(guān)航天遙感圖像地面分辨率的札記，航天返 回與遙感，第20卷第2期，1999年6月：50~53)對(duì)有關(guān)航天遙感圖像地面分辮率的幾個(gè) 問題進(jìn)行了討論，給出了有關(guān)航天遙感圖像地面分辨率的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，具體給出了膠片型相 機(jī)圖像的地面線對(duì)分辨率計(jì)算方法，W及無擺角時(shí)的CCD相機(jī)地面分辨率計(jì)算公式。朱廣 績(jī)（朱廣績(jī)、何大雄，衛(wèi)星掃描福射計(jì)的地面分辨率的計(jì)算，中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，1986年2 月，第1期：32-39.給出了計(jì)算衛(wèi)星掃描福射計(jì)的地面分辮率的精確方法。在計(jì)算中分別 考慮了把地球作為球體和旋轉(zhuǎn)楠球體兩種情況，通過聯(lián)立五個(gè)方程求解地面點(diǎn)的坐標(biāo)，再 通過四次計(jì)算分別圖像像素的四角對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)位置，從而計(jì)算衛(wèi)星掃描福射計(jì)的地面分 辨率。非常復(fù)雜而耗時(shí)，不實(shí)用。李歡（李歡，向陽，馮玉濤，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償成像光譜儀的地面分 辨率，光學(xué)精密工程，第17卷第4期，2009年4月745~751)給出了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償成像光譜儀 的地面分辨率計(jì)算方法，由于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)某上窆庾V儀在不同觀測(cè)角時(shí)的觀測(cè)距離不同，所 W其地面分辨率將隨觀測(cè)角而變，推導(dǎo)得到了衛(wèi)星到地面點(diǎn)的距離，給出了地面分辨率和 望遠(yuǎn)系統(tǒng)焦距選擇的一般表達(dá)式。但是沒有給出擺角的計(jì)算公式W及擺角對(duì)地面分辨率的 影響，而且計(jì)算中也將地球作為圓球進(jìn)行了近似。
[0005] 可見現(xiàn)有的光學(xué)遙感衛(wèi)星圖像的分辨率計(jì)算方法有的根本沒有考慮擺角的影響， 運(yùn)著對(duì)于小擺角時(shí)采用衛(wèi)星高度計(jì)算可W較好地近似。但隨著擺角的增大，分辨率的計(jì)算 誤差會(huì)越來越大。有的方法雖然考慮了擺角對(duì)衛(wèi)星到地球的距離影響，但是沒有修正由于 擺角對(duì)地面分辨率的影響，或者對(duì)擺角的計(jì)算和地球球形上沒有嚴(yán)密計(jì)算。為此需要嚴(yán)密 地計(jì)算衛(wèi)星擺角時(shí)衛(wèi)星到地面目標(biāo)點(diǎn)的距離和擺角對(duì)地面分辨率的影響，還需要顧及地球 是是一個(gè)旋轉(zhuǎn)楠球W及擺角的如何計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種獲取大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星遙感圖像地面分 辨率的方法。該方法充分考慮了地球的旋轉(zhuǎn)楠球特性和光學(xué)遙感衛(wèi)星擺角的影響，可W快 速而嚴(yán)密地得到計(jì)算圖像的地面分辨率。 陽00引（二）技術(shù)方案
[0009] 本發(fā)明提供一種獲取大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像地面分辨率的方法。該方法 包括步驟如下：
[0010] 步驟1:利用光學(xué)遙感衛(wèi)星下傳的輔助數(shù)據(jù)計(jì)算光學(xué)遙感衛(wèi)星星下點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地球 曲率半徑；
[0011] 步驟2 :利用光學(xué)遙感衛(wèi)星下傳的輔助數(shù)據(jù)計(jì)算位于光學(xué)遙感衛(wèi)星上的光學(xué)遙感 器視線方向偏離星下點(diǎn)的偏角；
[0012] 步驟3 :根據(jù)光學(xué)遙感衛(wèi)星到地面的距離，獲得大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像 地面分辨率。 陽01引 （S)有益效果
[0014] 從上述技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明的獲取大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像地面分 辨率的方法具有W下有益效果：
[0015] (1)將地球作為旋轉(zhuǎn)楠球考慮，而不是用圓球進(jìn)行近似，并嚴(yán)密計(jì)算光學(xué)遙感衛(wèi)星 星下點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際曲率半徑；
[0016] (2)通過光學(xué)遙感衛(wèi)星的側(cè)滾和俯仰兩個(gè)角度來計(jì)算光學(xué)遙感器的視線擺角，可 W很好地適應(yīng)各種衛(wèi)星機(jī)動(dòng)時(shí)的擺角計(jì)算。
[0017] (3)考慮了擺角情況下對(duì)光學(xué)遙感衛(wèi)星到地球的距離影響，通過嚴(yán)密的幾何=角 關(guān)系計(jì)算光學(xué)遙感衛(wèi)星到地球表面目標(biāo)點(diǎn)的距離。
[0018] (4)針對(duì)大擺角時(shí)光學(xué)遙感衛(wèi)星遙感圖像對(duì)應(yīng)的地面分辨距離進(jìn)行了修正，得到 了準(zhǔn)確的地面分辨距離。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明獲取大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像地面分辨率的方法的實(shí)施例 流程圖；
[0020] 圖2為光學(xué)遙感衛(wèi)星有擺角時(shí)，光學(xué)遙感衛(wèi)星和地球表面目標(biāo)點(diǎn)的幾何關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0022] 請(qǐng)參閱圖1示出本發(fā)明獲取大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感圖像地面分辨率的方法， 該方法的步驟如下：首先利用光學(xué)遙感衛(wèi)星下傳的輔助數(shù)據(jù)計(jì)算并獲得光學(xué)遙感衛(wèi)星星下 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地球曲率半徑W及位于光學(xué)遙感衛(wèi)星上的光學(xué)遙感器視線方向偏離星下點(diǎn)的視 線偏角；而后計(jì)算光學(xué)遙感衛(wèi)星到地面的距離，最終可W實(shí)現(xiàn)大擺角光學(xué)遙感衛(wèi)星的遙感 圖像地面分辨率的準(zhǔn)確計(jì)算。
[0023] 請(qǐng)參閱圖2為光學(xué)遙感衛(wèi)星有擺角時(shí)，光學(xué)遙感衛(wèi)星和地球表面目標(biāo)點(diǎn)的幾何關(guān) 系，獲取光學(xué)遙感衛(wèi)星星下點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地球曲率半徑的步驟如下：
[0024] 步驟11，從光學(xué)遙感衛(wèi)星下傳的輔助數(shù)據(jù)中讀取星下點(diǎn)的締度B;
[00巧]步驟12,光學(xué)遙感衛(wèi)星和地球表面目標(biāo)點(diǎn)的幾何關(guān)系，獲得光學(xué)遙感衛(wèi)星星下點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的地球曲率半徑。根據(jù)地球表面目標(biāo)點(diǎn)和星下點(diǎn)的締度B，構(gòu)建光學(xué)遙感衛(wèi)星星下點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的地球曲率半徑模型；所述地球表面目標(biāo)點(diǎn)是地球楠球的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度a、地球楠球的短 半軸長(zhǎng)度b;所述地球曲率半徑R模型的如下表示：
[0026]
[0027] 公式1中，sin為S角正弦函數(shù)，cos表示S角