(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210503510.5 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 安徽大学 地址 230039 安徽省合肥市蜀山区肥西路3 号安徽大学龙河校区互联网学院 (72)发明人 徐凯　王子怡　王文昕　鞠薇　 魏圆圆　 (51)Int.Cl. G06T 5/00(2006.01) G06T 5/10(2006.01) G06T 5/50(2006.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 应用SAR影像提升国产光学卫星影像无控几 何质量方法及系统 (57)摘要 本发明涉及应用SAR影像提升国产光学卫星 影像无控几何质量方法及系统， 与现有技术相比 解决了稳健提升国产光学卫星无控几何定位精 度。 本发明包括以下步骤： 构建附加太阳高度角 变量的无控几何定位误差补偿模型； 应用SAR 影像提升国产光学卫星影像无控几何质量准备 工作； 应用从SAR影像中提取的参考数据对无控 几何定位误差补偿模型系数进行求解。 本发明提 出一种对影响国产光学卫星无控几何质量的热 稳定性误差进行补偿方法及系统， 对影 响无控几 何定位误差根本原因进行建模， 形成可操作性的 无控几何质量提升途径， 进而有效提升国产光学 卫星影像的无控几何质量。 权利要求书5页 说明书10页 附图1页 CN 114972078 A 2022.08.30 CN 114972078 A 1.一种应用SAR影像提升国产光学卫星影像无控几何质量方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 11） 构建附加太阳高度角 变量的无控几何定位误差补偿模型； 利用光学卫星的初始内 外方位参数以及姿轨星历数据构建严密几何定位模 型， 每隔5000行计算卫星质心与太阳质 心连线矢量在卫星本体坐标系Z轴的夹角， 根据太阳高度角 构建6阶傅里叶级数形式的无 控几何定位 误差补偿模型； 12） 应用SAR影像提升国产光学卫星影像无控 几何质量准备工作； 获取待进行误差补偿 的长条带国产光学卫星影像， 获取长条带影像覆盖区对应的SAR影像和SRTM  DEM数据， 并完 成光学影 像和SAR影 像的匹配以得到求 解误差模型系数的参 考数据； 13） 应用从SAR影像和SRTM  DEM中提取的参考数据对无控几何定位误差补偿模型系数 进行求解； 对偶特定光学卫星长条带影像， 每隔5000逐太阳高度角 构建无控几何定位误 差补偿模型并线性化处理， 对无控几何定位误差补偿模型中待求补偿系 数赋初始值， 然后 迭代求解， 直至计算完太阳高度角范围内的所有误差补偿模型系数。 2.根据权利要求1所述的应用SAR影像提升国产光学卫星影像无控 几何质量方法， 其特 征在于， 所述构建附加太阳高度角 变量的无控几何定位 误差补偿模型包括以下步骤： 21） 构建光学卫星影像的严密几何定位模型； 利用影像的内外方位元素以及姿轨星历 数据， 构建严密几何定位模型如下： 上式中， 为观测像元所在的影像列数， 为像元 卫星本体坐标 系下的指向角， 是像元 的对应观测时间， 是卫星本体坐标系到星敏坐标系的旋转矩 阵， 是星敏感器坐标系到J2 000坐标系的旋转矩阵， 是J2000坐标系到W GS84坐标 系的旋转矩阵， 且 和 随着不同观测时间 而变换， 是比例系数， 为相机中心在WGS8 4坐标系下的坐标矢量， 分别为相机中心在 WGS84坐标系下X轴、 Y轴、 Z轴的坐标， 为观测目标在WGS84坐 标系下的坐标矢量， X、 Y、 Z为观测目标在WGS 84坐标系下 X轴、 Y轴、 Z轴的坐标； 22） 计算观测时刻太阳与卫星本体质心 连线在卫星本体坐标系下与 轴的夹角 ， 本发 明称该夹角为太阳高度角， 具体步骤为： 221） 由于太阳高度角在相邻影像行之间变化不大， 本发明取每隔5000行计算； 根据待 计算太阳高度角的行获取成像时间 ， 根据卫星轨道模型内插出卫星质心的位置 矢量 ,其中 分别为卫星质心在 时刻 位于WGS84坐标系下 X轴、 Y轴、 Z轴的坐标； 222） 获取太阳质心在WGS84坐 标系下的位置矢 量 ， 其权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114972078 A 2中 为太阳质心在 时刻位于WGS 84坐标系下 X轴、 Y轴、 Z轴的坐标； 223） 获取 时刻卫星质心与太阳质心的相对 归一化位置矢量 ， 其表达式为 ， 其中 符号为取模运 算； 224） 利用光 学卫星影像的严密几何定位模型中的旋转矩阵 将相 对归一化位置矢量 由WGS84坐标系转到卫星本体body坐标系下， 转换完后的矢量记 为 ， 其具体表达式如下： ； 225） 计算 矢量与本体坐标系Z轴的夹角 ， 计算公式如下： 上式中 为本体坐标系Z轴的基向量 ； 23） 构建附加太阳高度角 变量的无控几何定位 误差补偿模型； 受星敏视场空间误差、 星敏安装矩阵热变形、 热弹性误差、 翼板热变形等误差源影响， 国产光学卫星在传统定标后姿态角仍存在低频误差， 从而造成全球无控几何定位慢漂； 在 定位模型基础上， 构建如下补偿模型： 上式中， 为补偿外方位元 素误差的补偿矩阵， 具体形式如下： 上式中， 为太阳高度角， 、 和 分别表示 变量下的 俯仰姿态角 误差补偿值， 翻滚姿态角误差补偿值和 偏航姿态角误差补偿值， 具体表达式如下： 上式中， K为傅里叶级数阶数， 在本发明中K值 设定为3， 与 分别表示余弦分量与正弦 分量， 为变量 的变化频率， 根据特定光学卫星运行轨道范围内的太阳高度角变量 变化最大值和最小值参数进行设定；   、 、 表示太阳 高度角变量 下的姿态 误差值； ， ， ， ， ， 表示误差模型系数， 为待求未知量。权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114972078 A 3