ICS07.0401:50000光學測繪衛星幾何檢校技術規范國家市場監督管理總局國家標準化管理委員會GB/T40523—2021 I 24.1檢校內容 24.2精度要求 24.3檢校流程 2 35.1衛星數據獲取條件 35.2檢校控制數據條件 3 46.1檢校項目 46.2檢校方法 4 47.1檢校后影像產品生產 4 48檢校結果及檢校周期 48.1檢校結果 48.2檢校周期 59質量控制和記錄要求 5附錄A(資料性附錄)人工標志布設樣例 6附錄B(資料性附錄)外定向檢校方法 7附錄C(資料性附錄)基于指向角的內定向幾何檢校方法 8附錄D(資料性附錄)基于畸變參數的內定向幾何檢校方法 9附錄E(資料性附錄)檢校結果示例 I本標準按照GB/T1.1—2009給出的規則起草。本標準由中華人民共和國自然資源部提出。本標準由全國地理信息標準化技術委員會(SAC/TC230)歸口。本標準起草單位：自然資源部國土衛星遙感應用中心。1GB/T40523—20211:250001:50000光學測繪衛星幾何檢校技術規范本標準規定了1:25000、1:50000光學測繪衛星幾何檢校的總體要求、檢校條件、檢校項目和方本標準適用于1:25000、1:50000光學測繪衛星在軌幾何檢校。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T356421:250001:50000光學遙感測繪衛星影像產品CH/T2009全球定位系統實時動態測量(RTK)技術規范CH/T30191:250001:50000光學遙感測繪衛星影像產品生產技術規范3術語和定義采用衛星地面檢校設施或滿足幾何精度要求的已有地理信息數據(包括數字正射影像和數字高程模型等),定期對測繪衛星傳感器的內外定向參數進行解算，建立描述衛星影像像點在像方空間坐標系中的位置所需要的參數。描述衛星傳感器攝影光束在物方空間坐標系中的位置和方位的基本參數及其隨時間的變化量。偏置矩陣alignmentmatrix衛星傳感器在像方空間坐標系中的實際觀測方位與衛星姿態測量方位之間夾角所構成的正交旋轉矩陣。衛星傳感器成像器件的探元在像方空間坐標系中的位置矢量與X、Y軸的夾角。3.6人工標志artificialtarget2注：改寫GB/T14950—2009,定義4.132。4總則4.1檢校內容其隨時間的變化量，減少成像過程中存在的系統誤差及其隨時間的累積誤差，建立傳感器嚴密幾何模型。4.2精度要求光學測繪衛星的內定向檢校精度應采用指向角角度轉換為像元表示，中誤差應優于0.3像元；外定向檢校精度應采用衛星姿態角轉換為像元表示，中誤差應優于1像元。幾何檢校流程見圖1,具體如下：a)檢校任務設計。根據衛星傳感器幾何精度監測數據，確定檢校任務，進行檢校任務設計，主要b)衛星影像獲取。根據檢校任務設計，針對檢校區域制定成像計劃，獲取衛星影像。c)檢校控制數據獲取。利用高分辨率地面參考數據(DOM、DEM)和待檢校衛星影像，采用高精度影像匹配算法獲取密集均勻分布的匹配控制數據；或同時開展人工標志布設工作，對標志影像提取像點坐標，獲取人工標志控制數據。d)檢校參數解算。根據獲得的檢校控制數據，結合精密定軌數據、精密定姿數據、成像時間數據e)檢校精度驗證。利用地面控制數據，對成像模型進行幾何精度驗證。f)檢校參數提供。分析參數適用范圍和變化趨勢，編制精度分析報告，將傳感器CCD像元指向角、傳感器偏置矩陣等檢校參數提供生產使用。否是分析圖1幾何檢校在軌工作流程3GB/T40523—20215檢校條件5.1衛星數據獲取條件5.1.1檢校區域位置宜滿足以下條件：a)檢校區域宜大于被檢星載光學傳感器幅寬；b)所在地區每月晴天宜不少于15d;c)地形宜選用平地；e)交通便利。5.1.2人工標志布設場地宜滿足以下條件：a)場地宜大于實際布設面積；場地應平整，相對高差宜小于30cm,坡度宜小于5°;標志布設場地b)氣象條件宜選擇白天、無雨、風力小于4級、陣風不大于7級。5.1.3衛星拍攝條件要求如下：a)衛星檢校區域無云；5.2檢校控制數據條件5.2.1檢校控制數據獲取方式檢校控制數據可采用人工標志獲取或自動匹配獲取。5.2.2自動匹配檢校控制數據獲取自動匹配獲取檢校控制數據要求如下：a)精度要求：用于檢校的數字正射影像分辨率應優于0.2m,平面精度應優于0.5m;用于檢校的數字高程模型格網尺寸應優于5m,高程精度應優于1m。b)控制數據像方坐標確定：通過待檢校影像與數字正射影像匹配獲得，采用高精度匹配算法和誤匹配點剔除算法，匹配精度應優于0.1像元，誤匹配率應小于10%。c)控制數據物方坐標確定：通過對數字正射影像和數字高程模型進行內插方式獲得。5.2.3人工標志檢校控制數據獲取人工標志獲取檢校控制數據獲取要求如下：a)形狀與大小：人工標志的形狀與大小應根據實際需要設計，并應能在衛星影像上精確識別和定位。人工標志形狀設計參見附錄A中圖A.1、圖A.2;人工標志的大小設計沿軌向、垂軌向應大于6像元。點，應采用高反射率和低反射率兼顧的特制材料，低反射率應低于5%,高反射率應高于60%。c)標志布設：人工標志應在衛星成像拍攝前完成布設，標志數量應根據檢校方法復雜度確定，每片CCD對應人工標志數量應大于2個，標志分布應覆蓋每片CCD全視場。d)物方三維坐標測定：人工標志坐標測量按CH/T2009執行，并應分別在成像前后進行，測量要求采用國家大地2000坐標系，高程采用大地高，平面精度應優于0.1m,高程精度應優于0.1m,測量后應進行記錄歸檔。4GB/T40523—20216檢校項目和方法6.1檢校項目檢校項目包括：a)根據檢校控制數據計算光學測繪衛星影像的外定向參數；b)根據檢校控制數據計算光學測繪衛星影像的內定向參數；c)根據檢校控制數據對檢校參數精度進行分析和驗證。6.2檢校方法檢校方法包括：a)運用空間后方交會、空間前方交會、區域網平差等原理，以共線方程為基礎，解求被檢傳感器的b)光學測繪衛星檢校外定向檢校方法參見附錄B,內定向宜采用指向角檢校法或畸變參數檢校7檢校精度驗證7.1檢校后影像產品生產檢校后按CH/T3019進行影像產品生產，產品應滿足GB/T35642的要求。7.2檢校精度驗證產品精度驗證應滿足以下要求：a)產品精度利用解算得到的像方坐標和控制數據真實像方坐標按誤差計算公式進行計算獲得。b)產品精度主要評價指標包括沿線陣方向精度m,(單位為像元)、沿軌道方向精度m,(單位為像元)和像平面精度m(單位為像元)。其中m、my、m,分別按公式(1)～公式(3)計算： (1) (2)my=√m2+m2 (3)式中：x;,y;——由幾何模型解算的像方坐標，單位為像元；xio,yio——由控制點量測的真實像方坐標，單位為像元；n——檢測點數，不少于20個，單位為個。8檢校結果及檢校周期8.1檢校結果檢校結果應滿足以下要求：5GB/T40523—2021a)檢校滿足檢校精度要求的可提供給數據生產使用；b)檢校結果不滿足檢校精度要求的應進行分析，并在報告中注明不滿足精度的項目，確有必要時重新檢校。8.2檢校周期光學測繪衛星傳感器幾何檢校周期宜不超過3個月。檢校條件容許時，宜適當縮短檢校周期。9質量控制和記錄要求9.1質量控制要求如下：a)幾何檢校質量控制參照測繪產品質量控制的有關規定執行；b)質量檢查應覆蓋幾何檢校關鍵環節；c)檢校質量主要通過控制數據質量、沿線陣和軌道方向檢校后殘差分布進行控制；d)幾何檢校作業過程應嚴格按流程做好記錄。9.2記錄主要包括：b)幾何檢校殘差表，記錄表樣例參見E.3。d)檢查報告；e)技術總結。6GB/T40523—2021(資料性附錄)人工標志布設樣例圖A.1人工標志布設樣例一圖A.2人工標志布設樣例二7●●(資料性附錄)外定向檢校方法B.1利用檢校控制點解求偏置矩陣，補償載荷安裝系統誤差。B.2外定向的解求方法宜按攝影測量中后方交會方法進行。偏置矩陣可表示為Ru,見公式(B.1)。式中：R,R.Rx——傳感器在俯仰、橫滾、偏航三個方向上的補償矩陣；w——傳感器在橫滾方向上的補償角度；k——傳感器在偏航方向上的補償角度。B.3衛星傳感器的嚴密幾何模型可按公式(B.2)變換。式中：V。,V——傳感器探元在衛星本體坐標系下的指向角；——比例尺分母；Rbody?cTs——衛星本體坐標系到地球固定地面參考系的旋轉矩陣；X,Y,Z——地面點坐標；X.,Y,,Z,——衛星在地球固定地面參考系下的位置。B.4公式(B.1)可變換為公式(B.3)。B.5誤差方程見公式(B.4)。解算x=(BIB)-1BT1,V=Bx—1.W…………(B.4)可計算出偏置矩陣三個角元素(φ,w,K),求解出偏置矩陣。8(資料性附錄)基于指向角的內定向幾何檢校方法C.1將計算得到的偏置矩陣引入嚴密成像幾何模型，利用控制點進行解算，獲取每個探元在衛星本體坐標系下的指向角。C.2主要步驟如下：a)求解各控制點對應的探元指向角針對傳感器第i個探元，用圖像第i列配準獲得的多個控制點求解在衛星本體坐標系下的指向角，將嚴密成像幾何模型轉換為公式(C.1)、公式(C.2):……(C.1)誤差方程公式見(C.3):V=Bx—1,W…………(C.3)利用解算方法x=(BTB)-1BT1,可計算出i探元(tan(業。)(業y)),得到該探元指向角。b)求解各探元指向角c)探元指向角處理對解求獲取的所有探元指向角進行多項式擬合，再計算所有探元的探元指向角。多項式擬合宜取不超過s——探元編號，對應圖像列號。9GB/T40523—2021(資料性附錄)基于畸變參數的內定向幾何檢校方法D.1將計算得到的偏置矩陣引入嚴密成像幾何模型，利用檢校控制點解求相機畸變參數。D.2主要步驟如下：a)建立畸變模型嚴密成像幾何模型見公式(D.1):△x=△xo+(k?r2+k?r?)x+p?(r2+2x2)+2p?xy+ysinθ△y=△yo+(k?r2+k?r?)y+p?(r2+2y2)+2pixy+syy建立畸變模型見公式(D.2)～公式(D.4)(x為沿軌向，y為垂軌向):F(y)=△yo+(k?r2+k?r?)y+p?(r2+2y2)+2x=x—xy=y—yo式中：xo,yo—主點位置；k?,k?--—徑向畸變系數；0———CCD在焦平面內的旋轉量b)求解畸變參數對同一相機不同CCD求解不同的主點偏移量(△x?,△y?)、旋轉量對不同相機求取不同的徑向畸變系數(k?,k?)、偏心畸變系數(p?,p?)。將嚴密成像幾何模型公式(D.1)轉換為公式(D.5):公式(D.5)可變換為GB/T40523—2021則公式(D.6)可變換為………………(D.7)設則設則公式(D.7)可變換為令列出誤差方程…………(D.8)V=BX—L,W式中：利用解算原理X=(BIB)-1BIL,解出主點偏移量(△to,△y?)、