学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于卫星编队遥感图像的对地定位算法研究

作　者: 陆宏伟
导　师: 于起峰
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 卫星编队 遥感图像 直接定位 相对定向 姿态确定 联合平差 特征提取 亚像素定位 图像匹配
分类号: V448
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 716次
引　用: 6次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


在现代卫星遥感对地观测中,由多颗小卫星组成的卫星编队具有比单颗卫星更优越的性能,能有效地提高各种测量的空间分辨率和时间分辨率。目前,基于卫星编队遥感图像的对地定位技术,已成为当前摄影测量与遥感领域中的研究热点之一。论文针对基于卫星编队遥感图像对地定位中的遥感卫星编队轨道设计、摄像机相对定向、摄像机姿态确定、图像特征定位和图像匹配等关键问题进行了深入研究,取得了一系列研究成果。 系统地研究了圆轨道卫星绕飞编队的相对运动分析和轨道设计方法。针对一般运动学方法的不足,提出了一种基于零倾角轨道变换的运动学新方法,并用这种运动学新方法分析了参考卫星轨道倾角对环绕卫星轨道根数的影响。根据遥感测量对卫星轨道的要求,设计了一种覆盖范围大、高度基本相等的卫星椭圆绕飞编队。研究了在现有星载摄像机外方位参数测量水平下,直接定位方法所能达到的定位精度。 星载摄像机的相对定向和姿态确定是实现对地定位的关键问题。小视场角条件下的摄像机相对定向研究表明:基于立体像对本质矩阵分解的线性算法难以得到合理的相对定向结果,而基于多视图仿射矩阵分解的线性算法可以获得稳定性较好的相对定向结果,并可用光束法平差进一步提高相对定向精度。在摄像机相对定向的基础上,提出了一种基于卫星编队基线观测向量的摄像机姿态确定算法,为实现对地直接定位提供了必要条件。研究了基于卫星动力学模型的摄像机姿态估计算法。结果表明:摄像机姿态确定精度主要取决于摄影基线观测向量,即相对定向的平移参数的精度;利用非线性预测滤波可以有效地提高摄像机姿态确定精度。 针对小基高比造成直接定位高程定位误差较大的情况,研究了利用多种相对控制进行联合平差提高定位精度的可行性,并与有少量地面控制点时联合平差的定位结果进行了比较。讨论了卫星网中的定位结果转化为地面网的方法和空间投影与测绘制图问题。 在对现有图像特征提取算法研究基础上,提出了一种基于多特征复合的节点特征快速提取算法。研究了图像噪声、特征尺度和特征属性对节点特征亚像素定位精度的影响,并分析了道路特征两侧灰度差对其亚像素定位精度的影响。 从可靠性、精度和效率等三个方面对基于区域的图像匹配算法进行了深入研究。兼顾可靠性和精度两方面的要求,提出了一种匹配特征区域的快速最优选择算法;针对影响匹配效率的两个主要因素——搜索空间和搜索策略,分别提出了基于矩不变量和奇异值分解的特征点匹配算法和基于改进遗传算法的匹配搜索策略,有效地减小了匹配搜索空间并提高了匹配效率。

全文目录


图目录  11-14
表目录  14-15
摘要  15-17
ABSTRACT  17-19
第一章 绪论  19-33
  1．1 研究背景  19-26
    1．1．1 遥感卫星技术的发展  19-21
    1．1．2 卫星遥感图像定位技术的发展  21-24
    1．1．3 现代卫星遥感测量面临的问题  24-26
    1．1．4 卫星遥感对地定位未来发展趋势  26
  1．2 现有研究综述  26-30
    1．2．1 卫星编队构成机理及应用研究  26-27
    1．2．2 基于画幅式图像的卫星摄影测量  27-28
    1．2．3 基于扫描式图像的卫星摄影测量  28-29
    1．2．4 摄影测量联合平差  29-30
  1．3 论文的主要内容和创新点  30-33
    1．3．1 论文的主要内容  30-32
    1．3．2 论文的主要创新点  32-33
第二章 卫星摄影测量基础  33-51
  2．1 射影几何变换  33-36
    2．1．1 变换群与几何学  33-34
    2．1．2 射影变换和射影坐标  34
    2．1．3 三维空间中的坐标变换  34-36
  2．2 常用坐标系定义  36-40
    2．2．1 天球坐标系  36-37
    2．2．2 地心坐标系  37-38
    2．2．3 卫星轨道坐标系  38
    2．2．4 摄影测量坐标系  38
    2．2．5 椭球切面直角坐标系  38
    2．2．6 像平面坐标系  38-39
    2．2．7 像空间坐标系  39
    2．2．8 摄像机坐标系  39
    2．2．9 大地坐标系  39-40
  2．3 摄像机模型  40-46
    2．3．1 图像投影  40-41
    2．3．2 摄像机线性模型  41-45
    2．3．3 摄像机非线性模型  45-46
  2．4 卫星轨道基础与摄影测量特性  46-48
    2．4．1 卫星轨道基础  46-48
    2．4．2 卫星及其摄像系统的测量特性  48
    2．4．3 摄像机几何配置方式  48
  2．5 基于卫星编队的摄影测量  48-51
    2．5．1 基于卫星编队摄影测量的优势  48-49
    2．5．2 常用摄影测量卫星编队类型  49-51
第三章 卫星绕飞编队构成机理与摄影测量性能研究  51-81
  3．1 卫星绕飞编队相对运动分析  51-60
    3．1．1 引言  51-52
    3．1．2 动力学相对运动分析  52-55
    3．1．3 一般运动学相对运动分析  55-57
    3．1．4 基于零倾角轨道变换的运动学相对运动分析  57-60
  3．2 卫星绕飞编队轨道设计  60-67
    3．2．1 相对运动统一方程  60-61
    3．2．2 卫星绕飞编队的轨道设计  61-66
    3．2．3 相对运动方程的线性化误差分析  66-67
  3．3 摄影测量卫星编队轨道设计  67-72
    3．3．1 摄影测量卫星轨道设计准则  67-68
    3．3．2 卫星摄影测量对图像重叠率的要求  68-70
    3．3．3 卫星摄影测量对图像质量的要求  70-71
    3．3．4 卫星编队轨道设计实例  71-72
    3．3．5 结论  72
  3．4 卫星编队直接定位精度分析  72-80
    3．4．1 定位精度表示方法  72-73
    3．4．2 前向交会定位精度的理论分析  73-76
    3．4．3 前向交会定位精度的仿真分析  76-80
    3．4．4 结论  80
  3．5 本章小结  80-81
第四章 摄像机相对定向算法研究  81-103
  4．1 引言  81-82
  4．2 图像空间几何约束关系  82-87
    4．2．1 立体像对透视极线几何约束  82-84
    4．2．2 立体像对仿射极线几何约束  84-86
    4．2．3 多视图几何约束  86-87
  4．3 基于点匹配的立体像对相对定向算法研究  87-94
    4．3．1 概述  87
    4．3．2 线性相对定向算法  87-89
    4．3．3 非线性相对定向算法  89-91
    4．3．4 仿射意义下的立体像对相对定向  91
    4．3．5 相对定向算法性能分析  91-94
  4．4 基于点匹配的多视图相对定向算法研究  94-101
    4．4．1 概述  94-95
    4．4．2 基于仿射矩阵分解的相对定向算法  95-98
    4．4．3 基于射影矩阵分解的相对定向算法  98-99
    4．4．4 矩阵分解算法的递归实现和匹配点丢失处理  99
    4．4．5 多视图相对定向算法性能分析  99-101
  4．5 基于直线匹配的相对定向算法研究  101-102
  4．6 本章小结  102-103
第五章 摄像机姿态确定算法研究  103-115
  5．1 基于卫星编队基线观测向量的摄像机姿态确定算法  103-109
    5．1．1 摄像机姿态确定算法原理  103-105
    5．1．2 摄像机姿态的求解算法  105-107
    5．1．3 摄像机姿态确定精度分析  107-109
    5．1．4 结论  109
  5．2 摄像机姿态参数估计  109-114
    5．2．1 概述  109-110
    5．2．2 姿态观测方程、卫星运动学与动力学方程  110
    5．2．3 扩展卡尔曼滤波算法  110-111
    5．2．4 非线性预测滤波算法  111-113
    5．2．5 理论分析和仿真实验  113-114
  5．3 本章小结  114-115
第六章 摄影测量联合平差算法研究  115-127
  6．1 摄影测量联合平差基础  115-117
    6．1．1 摄影测量平差分类  115-116
    6．1．2 摄影测量平差中的控制  116
    6．1．3 摄影测量联合平差的数学模型  116-117
  6．2 稳健估计算法  117-121
    6．2．1 M估计法  118-119
    6．2．2 RANSAC估计法  119
    6．2．3 LMedS估计法  119-120
    6．2．4 三种稳健估计算法性能比较  120-121
  6．3 基于 GPS和卫星编队的对地定位仿真实验  121-123
  6．4 卫星网与大地网的转换  123-126
    6．4．1 概述  123
    6．4．2 卫星网与地面网转换的数学模型  123-124
    6．4．3 卫星网与地面网的联合平差  124-125
    6．4．4 空间投影变换与遥感制图  125-126
  6．5 本章小结  126-127
第七章 图像特征提取与高精度定位算法研究  127-143
  7．1 图像特征分类及高精度定位原理  127-130
    7．1．1 图像特征分类  127-129
    7．1．2 图像特征高精度定位原理  129-130
  7．2 点特征提取与亚像素定位算法研究  130-139
    7．2．1 节点特征提取算法简介  130-132
    7．2．2 基于多特征复合的节点特征快速提取算法  132-135
    7．2．3 节点特征的亚像素定位算法研究  135-139
  7．3 线特征提取与亚像素定位算法研究  139-142
    7．3．1 线特征提取与亚像素定位算法简介  139-140
    7．3．2 小尺度条件下道路特征定位误差分析  140-142
  7．4 本章小结  142-143
第八章 图像匹配算法研究  143-161
  8．1 图像匹配原理与算法简介  143-146
    8．1．1 图像匹配原理  143-144
    8．1．2 匹配算法简介  144-146
  8．2 匹配特征区域的快速最优选择算法  146-152
    8．2．1 匹配测度函数极值存在的充要条件  146-148
    8．2．2 匹配可靠性分析  148-149
    8．2．3 匹配精度分析  149-150
    8．2．4 特征区域的快速最优选择算法  150-152
  8．3 匹配搜索空间确定算法研究  152-155
    8．3．1 图像矩不变量及其匹配测度定义  152-153
    8．3．2 基于矩不变量和奇异值分解的特征匹配算法  153-154
    8．3．3 匹配算法性能实验及分析  154-155
  8．4 匹配搜索策略研究  155-160
    8．4．1 常用搜索策略  155-156
    8．4．2 基于改进遗传算法的匹配搜索策略  156-160
  8．5 本章小结  160-161
第九章 结论与展望  161-163
  9．1 本文的主要研究成果  161-162
  9．2 未来研究展望  162-163
致谢  163-164
参考文献  164-174
附录A 卫星轨道根数定义  174-176
附录B 四元数定义  176-177
附录C 论文中常用缩写注释  177-179
附录D 与论文相关的工作  179

相似论文

  1. 某型卫星姿态确定与有限时间控制方法研究,V448.222
  2. 基于陀螺和星敏感器的卫星姿态确定研究,V448.2
  3. 基于SVM的高速公路路面浅层病害的自动检测算法研究,U418.6
  4. 空间目标ISAR成像仿真及基于ISAR像的目标识别,TN957.52
  5. 胆囊炎和肾病综合症脉象信号的特征提取与分类研究,TP391.41
  6. Q学习在基于内容图像检索技术中的应用,TP391.41
  7. 直推式支持向量机研究及其在图像检索中的应用,TP391.41
  8. 中医舌诊中舌形与齿痕的特征提取及分类研究,TP391.41
  9. 空间交会接近视觉测量方法研究,TP391.41
  10. 图像实时采集、存储与处理方法研究,TP391.41
  11. 唇读中的特征提取、选择与融合,TP391.41
  12. 多币种纸币处理技术的研究与实现,TP391.41
  13. 基于类Harr特征和最小包含球的纸币识别方法的研究,TP391.41
  14. 红外图像匹配技术研究,TP391.41
  15. 基于图像的路面破损识别,TP391.41
  16. 移动机器人视觉检测和跟踪研究,TP242.62
  17. 高光谱与高空间分辨率遥感图像融合算法研究,TP751
  18. 基于随机森林的植物抗性基因识别方法研究,Q943
  19. 基于图像处理技术的烟叶病害自动识别研究,S435.72
  20. 基于视觉的番木瓜外观品质检测技术研究,S667.9
  21. 羊绒与羊毛纤维鉴别系统的研究,TS101.921

中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制
© 2012 www.xueweilunwen.com