陳小衛(wèi)

北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094

在全球測繪的背景下，研究衛(wèi)星影像在無地面控制點(diǎn)(簡稱無控)條件下的高精度定位不僅可有效提高作業(yè)效率、節(jié)省大量人力物力，在戰(zhàn)時、應(yīng)急等服務(wù)保障中更是具有極大的實(shí)用價值和現(xiàn)實(shí)意義。近年來，各種高分辨率、高精度的全球DEM陸續(xù)公開發(fā)布，這些數(shù)據(jù)可作為改善衛(wèi)星影像無控定位精度很好的輔助數(shù)據(jù)。本文圍繞公開DEM輔助國產(chǎn)衛(wèi)星影像無控定位技術(shù)進(jìn)行研究，提出了基于公開DEM的國產(chǎn)衛(wèi)星影像無控定位的一整套理論與方法。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

(1)總結(jié)梳理了各種高分辨率全球公開DEM的基本信息、特點(diǎn)及其發(fā)展完善過程，并采用定性分析法、跑道法和高差法等對其質(zhì)量和精度進(jìn)行了分析。結(jié)果表明SRTM DEM和AW3D30 DSM無明顯的噪聲和粗差，可較好地表達(dá)各種地形，且AW3D30 DSM具有更豐富的細(xì)節(jié)信息；ASTER GDEM存在較明顯的顆粒效應(yīng)，故在地形起伏較小的地區(qū)難以很好地表達(dá)地形。

(2)針對公開DEM輔助衛(wèi)星影像定位的問題，提出一種基于DEM匹配的立體影像高效穩(wěn)健無控定位方法。首先從影像中提取待匹配DEM；然后將其與公開DEM進(jìn)行匹配，匹配時根據(jù)參與匹配的DEM的分辨率自適應(yīng)選擇對應(yīng)點(diǎn)確定策略，以保證計(jì)算效率，并將截尾最小二乘估計(jì)引入最小高差法克服DEM局部變形、粗差等造成的不利影響；最后求解影像的定位誤差補(bǔ)償參數(shù)。試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法能對公開DEM的整體高精度特性和豐富信息加以充分利用，具有較好的穩(wěn)健性和較高的計(jì)算效率。

(3)為充分補(bǔ)償影像定位參數(shù)中的誤差，同時克服落水區(qū)域?qū)EM提取的不利影響，提出了一種公開DEM多級約束的立體影像無控定位方法。該方法將公開DEM加以充分利用：既作為DEM匹配的基準(zhǔn)；還用于輔助提取待匹配DEM，同時作為高程確定的約束和落水區(qū)域標(biāo)記的參考。此外，也通過自由網(wǎng)平差對多視影像之間的交會條件進(jìn)行改善。試驗(yàn)表明該方法可對影像定位參數(shù)中的相對誤差和絕對誤差進(jìn)行充分有效地補(bǔ)償，對內(nèi)陸、海島(礁)等不同區(qū)域的影像以及天繪一號、資源三號等不同衛(wèi)星平臺的影像都具有較好的適用性。

(4)為解決平坦地區(qū)影像中的定位誤差難以直接通過DEM匹配進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)膯栴}，同時改善區(qū)域內(nèi)各立體影像定位精度的不一致，提出一種公開DEM輔助的區(qū)域立體影像無控定位方法。該方法首先根據(jù)地形起伏程度確定各立體影像的誤差補(bǔ)償策略：對于平坦地區(qū)影像，僅利用公開DEM輔助改善高程精度，非平坦地區(qū)則通過DEM匹配對平面和高程誤差進(jìn)行充分補(bǔ)償；然后再利用已進(jìn)行高精度誤差補(bǔ)償?shù)姆瞧教沟貐^(qū)影像通過精度傳遞進(jìn)一步補(bǔ)償平坦地區(qū)影像中的誤差；最后進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差。試驗(yàn)表明通過DEM輔助的高程誤差補(bǔ)償、基于重疊區(qū)域的精度傳遞等處理，能有效提高平坦地區(qū)影像的定位精度；區(qū)域網(wǎng)平差能有效改善區(qū)域內(nèi)各立體影像精度的一致性；此外，該方法對較大區(qū)域的影像數(shù)據(jù)也具有較好的適用性。

(5)在理論研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并開發(fā)了公開DEM輔助的國產(chǎn)衛(wèi)星影像無控定位原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)人性化，操作簡單便捷，具有較高的自動化程度；通過實(shí)際部署測試，驗(yàn)證了研究內(nèi)容的可行性、有效性及系統(tǒng)的可靠性，可較好地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)和應(yīng)用中，以改善國產(chǎn)衛(wèi)星影像的定位精度。