TG-2多角度偏振成像仪遥感影像地理定位与误差订正

论文摘要

遥感影像作为地理信息系统重要的数据源,具有明确的空间地理位置的概念,表达了影像像元与地球目标的对应关系。在数据预处理阶段,地理定位与光谱和辐射定标同等重要,在生成遥感产品时,又与定量反演的精度密切相关。2016年9月发射的天宫二号空间实验室（TG-2）搭载了多个遥感应用载荷,其中多角度偏振成像仪（Multi-angle Polarization Imager,MAI）共设置12个观测通道（波长范围:565-910nm）,是国内首个应用于空间探测的多角度偏振成像仪器。除了常规的窄带辐射测量,MAI还能够测量某一通道三种不同偏振角度的偏振反射率,并可以在航天器过境时单次测量获得目标12个不同观测方向的反射率。由于光的偏振对大气粒子特性（形状、大小和组成）具有独特敏感性,因此,偏振遥感在目标识别和信息提取方面有着传统遥感所不具备的优势。同时,增加的多角度信息数据能进一步提高定量反演的精度。多角度偏振成像仪作为TG-2对地观测项目的一个有效载荷,其数据质量对大气参数的精确反演至关重要,但是,自发射至今,还未对其观测资料进行深入的研究。高精度的影像地理定位是观测数据得以定量应用的基础,为了后续高级产品的生成,需要明确遥感影像的地理位置,同时将其转换为反映多角度信息的数据。因此,需要充分分析MAI地理定位的准确性,订正定位过程中出现的误差,从而提供准确的地球目标的几何位置。论文根据多角度偏振成像仪光学几何设计参数和航天器的姿态及状态信息,在现有算法基础上,使用参数法建立了MAI影像观测像元与地面空间位置之间的关系模型,开发了该仪器地理定位算法。同时在地理定位误差订正过程中,基于该仪器观测模式及误差特征提出一种订正沿轨和交轨两个方向上误差的方法。最后在不经过辐射处理的情况下,以影像DN值为基础数据采用海岸线拐点法评估地理定位结果,联合图像配准法进行交叉验证。本文的主要内容和结论如下:（1）基于TG-2/MAI光学几何和仪器对地观测特点,建立了一套从原始测量数据解析到影像观测单元与对应目标位置映射关系确定,再到多角度数据重组的预处理算法流程,得到带有定位结果和附加参数的逐像元几何数据,为后续MAI遥感影像地理定位性能评估和订正以及大气参数反演奠定了基础。（2）充分分析影响较大的遥感影像几何变形因素后,从地理定位误差的特征出发,将三个主要方向的误差归类处理,以非参数法的思想建立影像绕Z轴旋转变形与旋转角之间的关系,然后根据沿轨和交轨两个方向的误差特征,建立其与焦平面坐标原点的关系,提出一种订正特定方向误差的方法,并利用现有数据评价分析了该方法的订正效果。结果表明,文中使用的方法更加简单方便,且具有同样的订正效果。（3）通过数据对比分析了调整安装矩阵和本文焦点纠正方法订正沿轨和交轨方向误差的效果。发现调整安装矩阵订正仪器绕X轴和Y轴旋转产生的沿轨和交轨误差时,图像边缘会产生拉伸变形,使用本文方法订正两个方向上的误差比调整安装矩阵效果要好。（4）基于海岸线拐点法误差分析方法,分别对初步订正和最终订正后的影像进行地理定位误差评估。结果表明,前后两次订正后的地理定位误差标准差在沿轨方向均大于交轨方向,但数值大小基本保持不变,经最终误差订正后,两个方向的平均误差都显著减小。除去一些异常情况,在天底点位置处,沿轨和交轨方向最大误差基本保持在一个像元之内。使用图像配准法对最终订正结果进行交叉验证,结果显示,在Suomi NPP沿轨和交轨方向分别移动7个和4个像元时得到成本函数的最小值。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 景振华

导师: 刘珺,胡秀清

关键词: 多角度偏振成像仪,天宫二号,地理定位,海岸线拐点法,图像配准法

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 太原理工大学

基金: 国家自然科学基金课题“基于像元级不变特征的遥感器响应衰变智能自定标研究”(项目编号:41871249),国家自然科学基金课题“极轨气象卫星红外通道太阳污染时相规律与订正模型研究”(项目编号:41471302),国家重点研发计划项目“国产多系列遥感卫星历史资料再定标技术”课题1“光学载荷历史数据再定标共性技术”(项目编号:2018YFB0504900,2018YFB0504901)

分类号: P237

总页数: 81

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