專利名稱：基于實際成像地理位置進行分景編目的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星成像數(shù)據(jù)分景編目的方法，屬于遙感圖像預(yù)處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星一次成像對應(yīng)地面一個條帶的數(shù)據(jù)，提供給用戶的衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品一般是以近似方形的一景為單位。因此，衛(wèi)星數(shù)據(jù)在地面預(yù)處理時，需要對一個條帶的數(shù)據(jù)進行分景，然后以景為單位進行數(shù)據(jù)處理，生成各級產(chǎn)品。同時對分景數(shù)據(jù)進行編目，方便數(shù)據(jù)的查詢檢索。常用的分景方法是如LandSat基于地球網(wǎng)格系統(tǒng)(WRS)的分景方法，地球網(wǎng)格系統(tǒng)是一種分布在地球表面的網(wǎng)格定位系統(tǒng)，每一個網(wǎng)格由一組Path/Row確定。根據(jù)WRS分景可以保持不同時間成像數(shù)據(jù)分景位置的一致性，并且一個Path/Row和一景數(shù)據(jù)有很好 的對應(yīng)關(guān)系，方便數(shù)據(jù)的重新獲取。目前衛(wèi)星采用WRS分景時，現(xiàn)有技術(shù)一般是基于衛(wèi)星成像的星下點位置進行分景，而現(xiàn)在越來越多的情況下，衛(wèi)星成像的星下點位置與實際成像地理位置是不一致的，t匕如衛(wèi)星側(cè)擺成像，或者是相機本身具有偏離星下點的安裝角等。在這種情況下會導(dǎo)致同一個Path/Row的一景數(shù)據(jù)，實際成像在不同的位置，與采用WRS分景方法的優(yōu)勢相違背。特別是在一顆衛(wèi)星安裝有多個相機的情況下，各個相機若有不同的安裝角，會導(dǎo)致同一個Path/Row景各相機圖像分在不同的位置，沒有很好的重合性，不方便相互之間的綜合使用或融合使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成像位置能準(zhǔn)確匹配分景位置，多次成像數(shù)據(jù)或者是多相機成像數(shù)據(jù)的分景位置具有很好的一致性的基于實際成像地理位置進行分景編目的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是基于實際成像地理位置進行分景編目的方法，步驟如下(I)根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)構(gòu)建WRS分景網(wǎng)格模型，即建立地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型；(2)根據(jù)衛(wèi)星和相機參數(shù)構(gòu)建幾何成像模型；(3)利用步驟(2)構(gòu)建的幾何成像模型，確定衛(wèi)星一軌數(shù)據(jù)起始點、中間點、終止點的成像地理位置，并根據(jù)步驟(I)建立的地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型，確定起始點、中間點和終止點的Path/Row ；(4)選擇當(dāng)前數(shù)據(jù)Path為中間點Path,從起始點Row到終止點Row,依次對每個Row做如下處理根據(jù)步驟(I)構(gòu)建的地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型，得到當(dāng)前Path/Row對應(yīng)的標(biāo)稱經(jīng)緯度坐標(biāo)，根據(jù)步驟(2)構(gòu)建的相機幾何成像模型，計算所述一軌數(shù)據(jù)的中間像元在不同時間行的成像地理位置，找到最接近標(biāo)稱緯度的成像行，以該成像行為景中心，計算該景的元數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為為了避免同一個Path/Row的圖像成像位置不一致，本發(fā)明計算一軌數(shù)據(jù)起始、中間、終止點的Path/Row時,是利用相機成像模型計算中間像元在起始、中間、終止時間的地面成像地理坐標(biāo)來獲取相應(yīng)的Path/Row。并且在從指定Path/Row標(biāo)稱經(jīng)緯度坐標(biāo)獲取相應(yīng)的成像行時，是利用相機幾何成像模型，計算中間像元在不同時間行的成像地理位置，找到對應(yīng)緯度的成像行。上述方式保證了成像位置與Path/Row 一致的對應(yīng)關(guān)系，從而保證了分景位置的一致性。而以往僅通過軌道數(shù)據(jù)計算的星下點位置與Path/Row對應(yīng)，由于星下點位置與實際成像位置的不一致，會導(dǎo)致不同時間成像數(shù)據(jù)，或者同一時間不同相機數(shù)據(jù)分景位置的不一致。


圖I為本發(fā)明流程圖；圖2為像元視向量與地球相交示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明，如圖I所示，具體實現(xiàn)步驟如下(I)根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)構(gòu)建WRS分景網(wǎng)格模型根據(jù)衛(wèi)星軌道的回歸周期、每天運行圈數(shù)構(gòu)建覆蓋整個地球的網(wǎng)格系統(tǒng)。網(wǎng)格系統(tǒng)的Path數(shù)與衛(wèi)星一個軌道回歸周期內(nèi)星下點軌跡數(shù)一致，衛(wèi)星一個軌道回歸周期內(nèi)的星下點軌跡數(shù)等于軌道的回歸周期(天)X每天運行圈數(shù)(圈數(shù)/天)。網(wǎng)格系統(tǒng)的Row數(shù)根據(jù)相鄰軌跡在赤道上的間隔以及相機圖像幅寬綜合考慮。如果相機圖像幅寬能覆蓋相鄰軌跡在赤道上的間隔，則Row數(shù)大致等于地球的南北周長除以相鄰軌跡在赤道上的間隔。如果相機圖像幅寬不能覆蓋相鄰軌跡在赤道上的間隔，則Row數(shù)大致等于地球的南北周長除以圖像幅寬。網(wǎng)格建立后，根據(jù)衛(wèi)星的軌道半長軸、軌道傾角等參數(shù)，建立地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型。(Lon, Lat) = Funcfw(Path, Row)(I)(Path, Row) = Funcrev (Lon, Lat)(2)上面公式(I)為構(gòu)建的從Path/Row到標(biāo)稱景中心經(jīng)緯度的轉(zhuǎn)換模型，以函數(shù)Funcfw表示，公式(2)為從標(biāo)稱景中心經(jīng)纟韋度到Path/Row的轉(zhuǎn)換模型，以函數(shù)FunCrev表不。上述轉(zhuǎn)換模型的構(gòu)建，參見《Landsat 7 Image Assessment System (IAS) GeometricAlgorithm Theoretical Basis Document)) (Version 3,1998.),或其他類似算法技術(shù)文檔，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。(2)根據(jù)衛(wèi)星和相機參數(shù)構(gòu)建幾何成像模型利用衛(wèi)星星歷和姿態(tài)參數(shù)，傳感器的各種參數(shù)和地球模型參數(shù)，建立相機像元與地面成像地理位置坐標(biāo)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型。像元與地面成像地理位置坐標(biāo)之間的變換，經(jīng)過像元變換到傳感器坐標(biāo)系視向量，傳感器坐標(biāo)系視向量依次變換到衛(wèi)星平臺坐標(biāo)系視向量、衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系視向量、地心坐標(biāo)系視向量，地心坐標(biāo)系視向量與地球相交，得到地心坐標(biāo)系位置坐標(biāo)，地心坐標(biāo)系位置坐標(biāo)變換到大地測量坐標(biāo)系得到地理位置坐標(biāo)。成像像元與地面成像地理位置坐標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型變量參數(shù)是時間。像元變換到傳感器坐標(biāo)系視向量
.lx/fuSEN = yl f-1 -(3)上式(3)中x，y為當(dāng)前像元投影在焦平面上的x，y坐標(biāo)，f為焦距。傳感器坐標(biāo)系視向量到地心坐標(biāo)系視向量轉(zhuǎn)換
A八Uecr — Tecr/orbTorbisa1^Tsat/sen Usen(4)上式(4)中，;為地球固定地心坐標(biāo)系(簡稱地固系)的單位視向量，Mshv為傳
感器坐標(biāo)系的單位視向量。 TeCR/OEB、Tqeb/SAT'' TSAT/SEN 分別代表衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系到地心坐標(biāo)系、衛(wèi)星平臺坐標(biāo)系到衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系、傳感器坐標(biāo)系到衛(wèi)星平臺坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。地心坐標(biāo)系視向量與地球相交,如圖2所示,得到地心坐標(biāo)系位置坐標(biāo)Uecr = rEcR UECR(5)Dece — Pece+uece(6)上述公式(5)中，Ueck為地固系的視向量，rECS為向量長度。上述公式(6)中，Prai為地固系衛(wèi)星位置與地心相連構(gòu)成的向量，Drai為視向量在地固系的成像位置坐標(biāo)。地固系位置坐標(biāo)變換到大地測量坐標(biāo)系得到地理位置坐標(biāo)(不考慮位置高度):e2 = l-(b2/a2)(7)Lon - tan (~ )(8)
^ECR.XLat = tan '(t；-iT"7'= — = ￡CJ ' ■■ =)(9)
(l~e ) ^I(DecrX)2+(Decr y)2上式(7)中a，b分別為地球的長短半軸。上式⑶，(9)中，Deck.、Deck.y、Dbce. z 分別為向量 Deck 的 x、y、z 坐標(biāo)，Lon、Lat 為成像位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)。根據(jù)上述變換關(guān)系構(gòu)建像元、時間到經(jīng)緯度的函數(shù)，以LPT表示(Lon, Lat) = LPT(Npixel, currentLinetime)(10)上式(10)中，Npixel,為像元號，currentLinetime為當(dāng)前行時間。上述幾何成像模型構(gòu)建，參見《Landsat7 Image Assessment System(IAS)Geometric Algorithm Theoretical Basis Document》(Version 3,1998.),《SPOTSATELLITE GEOMETRY HANDBOOK》(SPOT IMAGE 2002.)或其他類似算法技術(shù)文檔，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。(3)計算一軌數(shù)據(jù)起始、中間、終止點的成像地理位置,進而得到相應(yīng)的Path/Row根據(jù)步驟2構(gòu)建的相機幾何成像模型和一軌數(shù)據(jù)起始、中間、終止點時間，使用中間像元計算得到起始、中間和終止點的成像地理位置，再根據(jù)步驟I構(gòu)建的地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型的逆向模型Funcrev，可以計算得到起始、中間和終止點的 Path/Row。在步驟2成像幾何模型公式(10)中，帶入Npixel = N/2，N為有效像元數(shù)，可計算得到中間像元在指定時間的經(jīng)緯度坐標(biāo)。(4)依次對每個Row計算獲取相應(yīng)的元數(shù)據(jù)信息選擇當(dāng)前數(shù)據(jù)Path為中間點Path,從起始Row到終止Row,依次對每個Row,根據(jù)步驟I構(gòu)建的地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型的正向模型Funcfw，得到當(dāng)前Row對應(yīng)的標(biāo)稱經(jīng)緯度坐標(biāo)，根據(jù)步驟2構(gòu)建的相機幾何成像模型，計算中間像元在不同時間行的成像地理位置，找到最接近對應(yīng)緯度的成像行，以該行為景中心，計算該景的元數(shù)據(jù)信息。元數(shù)據(jù)信息包括該景的構(gòu)造信息，如開始行、結(jié)束行等，用于產(chǎn)品生產(chǎn)時切分一景，還包括該景的位置信息，如四個角點和中心經(jīng)緯度坐標(biāo)等。具體步驟如下a.利用上述公式(I)獲得當(dāng)前Path/Row的標(biāo)稱經(jīng)緯度坐標(biāo)； b.獲得初始行的成像時間currentLinetime ；c.把Npixel = N/2,N為有效像元數(shù),和currentLinetime代入上述公式(10),得到當(dāng)前時間的成像位置經(jīng)緯度坐標(biāo)；d.把上述坐標(biāo)與標(biāo)稱經(jīng)緯度坐標(biāo)比較，如果緯度差小于一行圖像緯度差，則當(dāng)前行即為當(dāng)前景中心行，否則根據(jù)緯度差調(diào)整當(dāng)前行，獲得新當(dāng)前行的成像時間currentLinetime ；e.重復(fù)上述步驟C、d，直到找到當(dāng)前景的中心行；f.根據(jù)當(dāng)前景中心行，獲得當(dāng)前景的起始行和結(jié)束行，以及起始行和結(jié)束行的成像時間t起始、t結(jié)束；g.分別把 Npixel = I 和 t 起始，Npixel = N 和 t 起始，Npixel = I 和 t 結(jié)束，Npixel = N 和 t 結(jié)$代入代入上述公式(10)，分別得到當(dāng)前景成像位置的四個角點經(jīng)緯度坐標(biāo)，完成當(dāng)前景元信息計算；f.從a起重復(fù)上述步驟，依次獲得其他各景的中心行，計算各景的元信息。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
1.基于實際成像地理位置進行分景編目的方法，其特征在于步驟如下 (1)根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)構(gòu)建WRS分景網(wǎng)格模型，即建立地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型； (2)根據(jù)衛(wèi)星和相機參數(shù)構(gòu)建幾何成像模型； (3)利用步驟(2)構(gòu)建的幾何成像模型，確定衛(wèi)星一軌數(shù)據(jù)起始點、中間點、終止點的成像地理位置，并根據(jù)步驟(I)建立的地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型，確定起始點、中間點和終止點的Path/Row ； (4)選擇當(dāng)前數(shù)據(jù)Path為中間點Path,從起始點Row到終止點Row,依次對每個Row做如下處理根據(jù)步驟(I)構(gòu)建的地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型，得到當(dāng)前Path/Row對應(yīng)的標(biāo)稱經(jīng)緯度坐標(biāo)，根據(jù)步驟(2)構(gòu)建的相機幾何成像模型，計算所述一軌數(shù)據(jù)的中間像元在不同時間行的成像地理位置，找到最接近標(biāo)稱緯度的成像行，以該成像行為景中心，計算該景的元數(shù)據(jù)信息。
全文摘要
基于實際成像地理位置進行分景編目的方法，(1)根據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)構(gòu)建WRS分景網(wǎng)格模型；(2)構(gòu)建幾何成像模型；(3)確定衛(wèi)星一軌數(shù)據(jù)起始點、中間點、終止點的成像地理位置，并根據(jù)步驟(1)建立的地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型，確定起始點、中間點和終止點的Path/Row；(4)選擇當(dāng)前數(shù)據(jù)Path為中間點Path，從起始點Row到終止點Row，依次對每個Row做如下處理根據(jù)步驟(1)構(gòu)建的地理位置坐標(biāo)與網(wǎng)格Path/Row之間的相互轉(zhuǎn)換模型，得到當(dāng)前Path/Row對應(yīng)的標(biāo)稱經(jīng)緯度坐標(biāo)，根據(jù)步驟(2)構(gòu)建的相機幾何成像模型，計算所述一軌數(shù)據(jù)的中間像元在不同時間行的成像地理位置，找到最接近標(biāo)稱緯度的成像行，以該成像行為景中心，計算該景的元數(shù)據(jù)信息。
文檔編號G01C11/00GK102798381SQ20121025389
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者徐建艷 申請人:中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心