本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星影像像地坐標模擬方法，特別是涉及一種基于正向和反向相結合的衛(wèi)星影像像地坐標模擬方法。
背景技術：
光學測繪衛(wèi)星像點量測數(shù)據(jù)模擬，就是建立像點、投影中心及地面點三者間的對應關系，是進行后續(xù)攝影測量處理的基本數(shù)據(jù)，也是預先客觀評估衛(wèi)星影像定位精度的有效支撐。在衛(wèi)星研制初期，符合其技術狀態(tài)的真實衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)缺乏，無法充分驗證理論及算法的正確性。衛(wèi)星影像像點和地面點數(shù)據(jù)模擬，一般可以根據(jù)衛(wèi)星光學系統(tǒng)嚴格成像模型來進行，主要方法包括由像點坐標計算地面點坐標的正向模擬和由地面點坐標計算像點坐標的反向模擬。
文獻“三線陣CCD影像衛(wèi)星攝影測量原理，測繪出版社，2006，p14”公開了正向模擬和反向模擬的具體步驟，但并未對兩種方法各自存在的問題進行深入分析。正向模擬根據(jù)兩根光線前方交會的原理，直接計算地面點坐標。該方法簡單易行，計算中無需迭代。但受外方位元素測量精度及衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定度的影響，以左攝站和右攝站為基準分別計算地面點坐標后，在垂直飛行方向上坐標值存在較大差異。經研究發(fā)現(xiàn)，該差異量值相當，符號相反，取中數(shù)后即可抵消。使用該方法不影響立體交會分析定位精度，但其用于光束法平差、單片定位時，將影響理論驗證及精度分析結果。反向模擬通過地面點坐標循環(huán)迭代計算出像點坐標，可避免正向模擬存在差異的問題，但前提條件是必須基于已有數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，且數(shù)字高程模型范圍要與外方位元素范圍基本一致，受數(shù)據(jù)源的制約。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有衛(wèi)星影像像地坐標模擬方法因受數(shù)據(jù)源制約而導致實用性差的不足，本發(fā)明提供一種基于正向和反向相結合的衛(wèi)星影像像地坐標模擬方法。該方法建立以影像左上角為坐標原點的掃描坐標系，生成前視和后視影像以像素為單位的像點坐標，并根據(jù)攝影時影像的采樣頻率計算攝影時刻的外方位元素；將以像素為單位的像點坐標轉換為像平面坐標系中的坐標后，利用前方交會公式計算出地面點坐標；根據(jù)計算出的地面坐標和內外方位元素，利用共線方程計算前視、后視影像上的像點坐標；通過循環(huán)迭代實現(xiàn)無數(shù)字高程模型的條件下，衛(wèi)星影像像點和地面點坐標模擬。由于根據(jù)光學衛(wèi)星影像的特點，結合現(xiàn)有的像點和地面點坐標模擬方法，利用基于正向和反向相結合的方法對衛(wèi)星影像像點和地面點坐標進行模擬，在無需數(shù)字高程模型支持下，通過空間前方交會和迭代計算像點坐標的方式，解決了正向模擬在垂直飛行方向上坐標值存在差異的問題，實用性強。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于正向和反向相結合的衛(wèi)星影像像地坐標模擬方法，其特點是包括以下步驟：
步驟一、在掃描坐標系中生成前視影像像點坐標和后視影像像點坐標坐標單位為像素，原點分別位于前視、后視影像的左上角。t與飛行方向一致，y垂直于飛行方向。
步驟二、根據(jù)攝影時影像的采樣頻率，利用和計算出前視相機攝影時刻對應的外方位元素及后視相機攝影時刻對應的外方位元素
步驟三、利用步驟一中生成的像點坐標和計算對應像平面坐標系中的坐標和計算公式為：
式中，yol,yor分別為前視和后視相機CCD線陣上端點至像主點的像元數(shù)，pixel為像元大小。
步驟四、根據(jù)像點坐標、內方位元素和外方位元素，利用空間前方交會公式計算得到地面點在大地坐標系中的坐標(XA,YA,ZA)；
步驟五、根據(jù)地面點坐標、內方位元素和外方位元素數(shù)據(jù)，利用共線條件方程計算新的前視、后視像點在像平面坐標系中的坐標
本發(fā)明的有益效果是：該方法建立以影像左上角為坐標原點的掃描坐標系，生成前視和后視影像以像素為單位的像點坐標，并根據(jù)攝影時影像的采樣頻率計算攝影時刻的外方位元素；將以像素為單位的像點坐標轉換為像平面坐標系中的坐標后，利用前方交會公式計算出地面點坐標；根據(jù)計算出的地面坐標和內外方位元素，利用共線方程計算前視、后視影像上的像點坐標；通過循環(huán)迭代實現(xiàn)無數(shù)字高程模型的條件下，衛(wèi)星影像像點和地面點坐標模擬。由于根據(jù)光學衛(wèi)星影像的特點，結合現(xiàn)有的像點和地面點坐標模擬方法，利用基于正向和反向相結合的方法對衛(wèi)星影像像點和地面點坐標進行模擬，在無需數(shù)字高程模型支持下，通過空間前方交會和迭代計算像點坐標的方式，解決了正向模擬在垂直飛行方向上坐標值存在差異的問題，實用性強。
下面結合具體實施方式對本發(fā)明作詳細說明。
具體實施方式
本發(fā)明基于正向和反向相結合的衛(wèi)星影像像地坐標模擬方法具體步驟如下：
以天繪一號衛(wèi)星技術狀態(tài)參數(shù)，進行數(shù)據(jù)模擬。算例數(shù)據(jù)中，前視相機焦距fl'＝717.0mm，后視相機焦距fr'＝717.0mm，相機交會角αl＝25°，αr＝-25°衛(wèi)星軌道高500km，像元大小pixel＝0.0065mm，線陣長度12000像元，衛(wèi)星飛行時間約100秒。
步驟一、在掃描坐標系中生成前視影像像點坐標和后視影像像點坐標坐標單位為像素，原點分別位于前視、后視影像的左上角。t與飛行方向一致，y垂直于飛行方向。
步驟二、根據(jù)攝影時影像的采樣頻率，利用和計算出前視相機攝影時刻對應的外方位元素及后視相機攝影時刻對應的外方位元素
步驟三、利用步驟一中生成的像點坐標和計算對應像平面坐標系中的坐標和計算公式為：
式中，yol,yor分別為前視和后視相機CCD線陣上端點至像主點的像元數(shù)，pixel為像元大小。
步驟四、根據(jù)像點坐標、內方位元素和外方位元素，利用空間前方交會公式計算得到地面點在大地坐標系中的坐標(XA,YA,ZA)；
步驟五、根據(jù)地面點坐標、內方位元素和外方位元素數(shù)據(jù)，利用共線條件方程計算新的前視、后視像點在像平面坐標系中的坐標