李永亮　葉宇菁

（1寧波市鄞州區(qū)測繪院浙江寧波315100；2寧波市規(guī)劃與地理信息中心浙江寧波315100）

三線陣立體測繪衛(wèi)星的測繪精度分析

李永亮1葉宇菁2

（1寧波市鄞州區(qū)測繪院浙江寧波315100；2寧波市規(guī)劃與地理信息中心浙江寧波315100）

以三線陣CCD影像為基礎(chǔ)構(gòu)建的攝影測量估算模型，能夠更好地滿足衛(wèi)星立體測繪的設(shè)計(jì)要求。本文對(duì)三線陣立體測繪的測繪精度進(jìn)行了分析，對(duì)衛(wèi)星三線陣影像立體測繪精度的影響因素進(jìn)行了探討，指出了主要的誤差源，同時(shí)針對(duì)這些影響因素提出了相應(yīng)的技術(shù)要求與技術(shù)措施，包括實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星軌道定位精度的提高、實(shí)現(xiàn)姿態(tài)確定精度的提高、實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步精度的提高、實(shí)現(xiàn)相機(jī)內(nèi)方位元素的精度標(biāo)定、實(shí)現(xiàn)星敏感器與相機(jī)的一體化設(shè)計(jì)。

三線陣CCD相機(jī)立體測繪進(jìn)度誤差

三線陣立體測繪衛(wèi)星指的是測繪衛(wèi)星中裝載的測試儀器為三線陣CCD相機(jī)。通過三線陣立體測繪衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)無地面控制點(diǎn)星球表面地形圖的測制。在測制任務(wù)完成的過程中，衛(wèi)星系統(tǒng)部件的主要技術(shù)指標(biāo)會(huì)對(duì)測繪精度造成直接的影響。因此，在衛(wèi)星設(shè)計(jì)的過程中，要對(duì)這些影響衛(wèi)星測繪精度的問題進(jìn)行解決。

1　立體測繪在精度方面的要求

立體測繪系統(tǒng)的精度估算是以待測制地形圖的精度為依據(jù)的。在地形圖中，主要的內(nèi)容包括兩個(gè)方面，一方面是地物，另一方面是地貌，其中地貌是通過等高線來表示的，而等高線繪制過程中等高距的確定則是依據(jù)測制地形圖的比例尺進(jìn)行選擇的[1]。

在地形圖的等高距與比例尺確定的過程中，攝影測量高程誤差是非常關(guān)鍵的因素。在國際中上，攝影測量都將式（1）作為攝影測量系統(tǒng)制圖效能探討的依據(jù)。因此，在衛(wèi)星攝影測量系統(tǒng)建立的過程中，衛(wèi)星攝影測量高程誤差是非常關(guān)鍵的內(nèi)容之一。Light DL通過研究得出了成圖比例尺等高距選擇、衛(wèi)星影像分辨率、高程點(diǎn)進(jìn)度之間的關(guān)系，如表1所示。

Ci=3.3×σh式（1）

Ci代表等高距；σh代表高程點(diǎn)誤差。

表1　成圖比例尺等高距選擇、衛(wèi)星影像分辨率、高程點(diǎn)進(jìn)度之間的關(guān)系

2　提高三線陣立體測繪衛(wèi)星測繪精度的措施

2.1實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星軌道定位精度的提高

在衛(wèi)星軌道定位的過程中，通過高精度GPS軌道定位技術(shù)的應(yīng)用能夠促進(jìn)其定位精度的提高，從而提高衛(wèi)星測速的精度，降低測制過程中存在的誤差[2]。當(dāng)前，我國航天器中采用的GPS接收器主要包括導(dǎo)航型與測量型兩種類型，這兩種類型的GPS接收機(jī)都是單頻C/A碼接收機(jī)。立體測繪衛(wèi)星主要采用的是測量型接收機(jī)，在測量的過程中能夠?qū)υ紲y量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，能夠通過事后定軌的方式促進(jìn)衛(wèi)星定軌精度的提高。要實(shí)現(xiàn)GPS定軌精度進(jìn)一步的提高，需要實(shí)現(xiàn)雙頻GPS接收機(jī)的應(yīng)用，通過兩個(gè)頻段載波的接收，更好的消除大氣中電離層對(duì)電磁信號(hào)產(chǎn)生的延遲影響，從而促進(jìn)定軌精度的提高。

2.2實(shí)現(xiàn)姿態(tài)確定精度的提高

姿態(tài)確定技術(shù)主要是采用了高精度星敏感器，同時(shí)與陀螺、GPS數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過這種方式實(shí)現(xiàn)姿態(tài)確定精度的提高。為了實(shí)現(xiàn)姿態(tài)確定精度進(jìn)一步的提高，在衛(wèi)星中應(yīng)該采用兩臺(tái)以上高精度星敏感器，并且將衛(wèi)星姿態(tài)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行下傳，通過地面的聯(lián)合算法對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行確定，促進(jìn)衛(wèi)星姿態(tài)確定精度的提高。例如，日本在ALOS衛(wèi)星中采用了三臺(tái)高精度的星敏感器，通過這種方式確保在雜光干擾的情況下至少有兩臺(tái)高精度星敏感器處于工作狀態(tài)中，通過星敏感器測繪結(jié)構(gòu)與慣性陀螺、角度偏移測量傳感器ADS（ANGULAR DISD LACEMENT SENSOR）,通過三者之間的聯(lián)合實(shí)現(xiàn)姿態(tài)算法的確定，使衛(wèi)星的姿態(tài)確定精度達(dá)到了在軌處理為1.08″,地面事后處理為0.5″的水平[3]。

2.3實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步精度的提高

實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星平臺(tái)中設(shè)備時(shí)間同步精度的提高，能夠確保各種測繪處理數(shù)據(jù)之間在時(shí)間方面保持統(tǒng)一性，避免由于時(shí)間不統(tǒng)一而造成的額外誤差問題。在衛(wèi)星平臺(tái)中，將GPS時(shí)間作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過總線對(duì)所有設(shè)備的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一的校對(duì)。不同的設(shè)備在接收到GPS時(shí)間之后與自身的時(shí)間進(jìn)行比較，如果不統(tǒng)一則進(jìn)行校對(duì)，從而提高時(shí)間同步精度。

2.4實(shí)現(xiàn)相機(jī)內(nèi)方位元素的精度標(biāo)定

測繪相機(jī)在測繪使用的過程中需要提供準(zhǔn)確的內(nèi)方位元素標(biāo)定值。因此，在地面對(duì)測繪相機(jī)進(jìn)行測試的過程中，需要對(duì)相機(jī)的主距、畸變、光軸夾角等進(jìn)行較為精確的測量工作。通過研究表明，高精度內(nèi)方位元素測試儀能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中相機(jī)內(nèi)方位元素的測量，促進(jìn)相機(jī)內(nèi)方位元素精度的標(biāo)定。

2.5實(shí)現(xiàn)星敏感器與相機(jī)的一體化設(shè)計(jì)

當(dāng)前，我國現(xiàn)有的衛(wèi)星在星敏感器安裝的過程中，大都是采用在衛(wèi)星星體直接安裝的方式。在這種安裝方式之下，姿態(tài)測量值需要通過整星坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換之后才能夠在相機(jī)坐標(biāo)系中進(jìn)行體現(xiàn)，這種情況一方面會(huì)由于坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致誤差，另一方面會(huì)由于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的變形出現(xiàn)額外誤差。為了實(shí)現(xiàn)星敏感器與相機(jī)坐標(biāo)變換之間出現(xiàn)的誤差，可以實(shí)現(xiàn)星敏感器與相機(jī)的一體化設(shè)計(jì)。同時(shí)，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還必須充分考慮穩(wěn)定性，因此其結(jié)構(gòu)材料的選擇必須具備比剛度高、熱穩(wěn)定性高的材料，同時(shí)要降低由于發(fā)射等因素造成了結(jié)構(gòu)變形對(duì)測量部件之間關(guān)系的影響，通過這種方式實(shí)現(xiàn)測繪精度的提高。

3　總結(jié)

本文對(duì)衛(wèi)星三線陣影像立體測繪精度的影響因素進(jìn)行了分析，指出了主要的誤差源。在測制任務(wù)完成的過程中，衛(wèi)星系統(tǒng)部件的主要技術(shù)指標(biāo)會(huì)對(duì)測繪精度造成直接的影響。為了能夠進(jìn)一步滿足立體測繪處理的精度要求，在三線陣測繪衛(wèi)星設(shè)計(jì)與安裝的過程中必須考慮衛(wèi)星軌道定位精度、姿態(tài)確定精度及時(shí)間統(tǒng)一精度的提高。此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還要實(shí)現(xiàn)星敏感器與相機(jī)的一體化設(shè)計(jì)，并注重其穩(wěn)定性的提高。

[1]唐新明,張過,祝小勇,潘紅播,郭莉.資源三號(hào)測繪衛(wèi)星三線陣成像幾何模型構(gòu)建與精度初步驗(yàn)證[J].測繪學(xué)報(bào),2012,02（64）:191-198+200.

[2]周懷得,劉金國,張立平,喬克.線陣-面陣CCD三線陣立體測繪相機(jī)焦平面組件的研制[J].光學(xué)精密工程,2012,07（83）:1492-1499.

[3]蔣永華,張過,唐新明,祝小勇.資源三號(hào)測繪衛(wèi)星三線陣影像高精度幾何檢校[J].測繪學(xué)報(bào),2013,04（57）:523-529+553.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-164-1