靜止氣象衛(wèi)星圖像精確定位技術(shù)研究

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1、維普資訊http://www.cqvip.com遙成信息曩論砸究靜止氣象衛(wèi)星圖像精確定位技術(shù)研究盛夏(解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院十六隊211101)摘要：介紹了引起靜止氣象衛(wèi)星遙感圖像定位誤差、造成定位復(fù)雜性的因素，并在此基礎(chǔ)上提出了利用衛(wèi)星軌道及姿態(tài)參數(shù)對圖像進(jìn)行精確定位的方法。在實現(xiàn)時，使用了GMS氣象衛(wèi)星的S—VISSR數(shù)據(jù)，取得了很好的效果。關(guān)鍵詞：靜止氣象衛(wèi)星；軌道及姿態(tài)參數(shù)；精確定位中圖分類號：TP7文章標(biāo)識碼：A文章編號：1000—3177一(2003)71—0026—02圖像定位是地球靜止氣象衛(wèi)星的核心技術(shù)之一，也是地2精確

2、定位模型球靜止氣象衛(wèi)星產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)和預(yù)處理工作【5]。目前對靜止衛(wèi)星圖像定位多采用定位網(wǎng)格矩陣的簡單方法。該方法2．1坐標(biāo)系預(yù)定義對網(wǎng)格內(nèi)點(diǎn)插值較容易實現(xiàn)，但由于各網(wǎng)格小區(qū)內(nèi)經(jīng)緯度變(1)地固坐標(biāo)系化梯度差別較大，使得定位有一定偏差。本文介紹的精確定以地球中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，地心指向北極方向為z軸。地位方法利用星上各種實時參數(shù)，誤差相對較小。心指向首子午線與赤道交點(diǎn)方向為x軸，y軸方向為Z×X。(2)衛(wèi)星角沖量坐標(biāo)系1圖像幾何畸變及其對定位的影響如圖1，坐標(biāo)原點(diǎn)是衛(wèi)星重力中心，z軸是衛(wèi)星的自旋星載掃描器成像系統(tǒng)將地球輻射能量的變化變換成一

3、幅軸，s是指向太陽的向量，S’是s在垂直于z軸平面上的投圖像或能夠構(gòu)成圖像的電信號。目前靜止衛(wèi)星能完成這種功影，是衛(wèi)星從掃過太陽到掃過地球之間的夾角，X軸為繞z能的基本系統(tǒng)一般是VISSR(VAS)，它利用掃描器光學(xué)鏡筒的軸旋轉(zhuǎn)p角得到的向量，y軸方向為Z×X。受控擺動(或衛(wèi)星的自旋)和步進(jìn)，實現(xiàn)對地球的兩維掃描。由于大氣的影響以及傳感系統(tǒng)和圖像記錄系統(tǒng)的特性。圖像總是有某種程度的降質(zhì)。這些降質(zhì)可以分成輻射畸變和幾何畸變。幾何畸變會引起圖像的歪斜、扭曲，造成定位的偏差。幾何畸變源包括：光學(xué)系統(tǒng)的像差，掃描偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的非線性和噪聲，與物體有

4、關(guān)的畸變，與傳感器平臺有關(guān)的畸變。就出現(xiàn)頻數(shù)而言，其中重要的是與物體及傳感器平臺圖1衛(wèi)星角沖量坐標(biāo)系有關(guān)的畸變【1]。(3)地理坐標(biāo)系(大地坐標(biāo)系)與物體有關(guān)的畸變指地球曲率或扁率等方面的影響。以地球中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。地球上每點(diǎn)用該點(diǎn)的經(jīng)緯度表與傳感器平臺有關(guān)的畸變因受到軌道及姿態(tài)變化影響所致。示。軌道變化是指星的攝動，成近“8”字形漂移。姿態(tài)變化是指2．2實時軌道及姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取偏航、俯仰和滾動。偏航是衛(wèi)星繞天頂矢量的轉(zhuǎn)動，引起圖衛(wèi)星在太空中會受到地球與其他星體引力、地球扁率等像轉(zhuǎn)動或有附加歪斜畸變。俯仰是衛(wèi)星在運(yùn)動方向上的旋因素的影響，

5、使軌道及姿態(tài)不斷發(fā)生著微小的變化。要得到轉(zhuǎn)。引起一行中比例尺非線性變化。滾動是繞速度矢量的轉(zhuǎn)實時參數(shù)，須知掃描器掃描每像素時的時間t。該量在不同動，它引起行方向上比例尺變化[1]。由于偏航r、俯仰和滾掃描方式下有不同計算方法，利用衛(wèi)星自旋進(jìn)行自西向東掃動口造成的衛(wèi)星軸的旋轉(zhuǎn)度由三個旋轉(zhuǎn)矩陣的積來表示：描的方式時該量可由下式得到：Fcosr—sinr07r∞s0sin~7+t。(2)一’E10其中i。j分別是目標(biāo)點(diǎn)的行號和像素點(diǎn)號，Q是沿掃描行步進(jìn)的弧度值，是掃描器掃描速度，[]代表收尾符號，n是感『100]。L『0eosp～n’應(yīng)器數(shù)，

6、t，是初始掃描時間。軌道、姿態(tài)實時參數(shù)值可由線性0s．mlDeospj插值得出。收稿日期：2003—04—28修訂日期：2003—06—11作者簡介：盛夏(1979)，男，解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院信號與信息處理專業(yè)在讀研究生，主要從事衛(wèi)星遙感云圖資料分析、處理工作。26維普資訊http://www.cqvip.com蛋論■究遙_cI信鑫2．3衛(wèi)星指向目標(biāo)點(diǎn)的向量在不同坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換固坐標(biāo)系下的坐標(biāo)則為：(1)衛(wèi)星角沖量坐標(biāo)系=x+矗，=Y+矗。=Z+矗該向量可由失配角陣M、目標(biāo)點(diǎn)行列號(i。j)、中L-點(diǎn)矗：生(12)行列號(i，j)、行

7、方向步進(jìn)角P及列方向步進(jìn)角Q得出：(2)大地坐標(biāo)系rc0s(Q(j—j))一sin(Q(j—))01參閱圖2、圖3。由地固坐標(biāo)系到大地坐標(biāo)系的變換為[。]：x

8、=Ilsin(Q(j—))CO6(Q(j—))0l·[M]001J=協(xié)[(13)rc0s(P(i—i))]．10l(3)=協(xié)(14)LSin(P(i—ic))J(2)地固坐標(biāo)系該向量為xE=[S]·Xs(4)其中[S]=[。Sy，S](5)。Sy。S分別是衛(wèi)星角沖量坐標(biāo)系z。，軸上的單位向量在地固坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，其中YIsin]Sp=[B]·[NP]·LoCOS~r·sina，l

9、(6)0s．。0s。，J圖2地固坐標(biāo)系到大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換B是由格林威治恒星時(Greenwichsiderealtime)決定的矩北極陣，NP是章動及進(jìn)動矩陣(Nutationandprecessionma