高分辨率光学卫星影像高精度定位技术与实践
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（1. 湖北地信科技集团股份有限公司，湖北 武汉 430074 ；2. 武汉大学 遥感信息工程学院， 湖北 武汉 430079 ；3. 北京东方道迩信息技术股份有限公司，北京 100080）
摘 要 ：卫星影像高精度定位技术的核心是建立一套适合其成像特点的数学模型和解算方法。在分析严密几何成像模型和通用
点相结合的连接点自动提取算法以及获取高精度同名点像点坐标的方法。针对实际应用中卫星影像通常存在明显系统误差的问
题，介绍了自检校区域网平差过程中的 3 种系统误差在轨检校和补偿方法，并通过实际数据验证了综合使用这 3 种方法对系统
来自百度文库
误差检校和补偿改正的有效性。为提高卫星影像无控定位精度，研究了在卫星影像区域网平差中使用 SRTM 作为控制信息以提
随着空间分辨率和光谱分辨率的不断提升，光学 卫星影像的清晰度和解析能力不断增强，其细节信息 更加丰富。在“看得清”的基础上，如何使其“测得 准”成为充分发挥高分辨率光学卫星影像性能和应用 潜力的关键问题。在诸多应用中，光学卫星影像的几 何精度直接决定了其应用效果，如在国防军事领域， 利用光学卫星影像获取高精度的地理空间信息，构建 高精度的战场环境，实现远程精确打击和准确的打击 效果评估 ；在国民经济建设领域，利用高精度光学卫 星影像进行地形图的测绘、基础地理数据的更新以及
数学成像模型的基础上，提出了无需了解具体卫星平台、传感器结构和检校参数，具有明确几何意义模型参数，可通过 RPC
参数计算得到的，理论上适用于各种光学卫星影像几何处理的抽象几何成像模型 ；并介绍了基于该模型的自检校区域网平差及
其在卫星影像高精度定位中的实际应用。为了满足区域网平差对连接点数量和分布的要求，探讨了基于 SIFT 特征点与角特征
2003 年 5 月美国政府颁布了新的商业遥感卫星政 策，明确指出美国政府将“最大程度地依赖商业遥感 卫星来满足军事、情报、对外政策、本土安全以及国
收稿日期 ：2018-03-12。
内用户所需的图像和空间需求，美国的商业卫星图像 公司在国家安全作战行动中将扮演更为重要的角色”， 系列扶持政策的实施在巩固美国遥感市场方面发挥了 重要作用，美国在空间分辨率优于 1 m 的商业遥感领 域 一 直 保 持 领 先 地 位。 继 IKONOS、QuickBird 之 后， Geoeye、WorldView 系列卫星成功发射，全色影像空间 分辨率达到 0.3 m，高分辨率多光谱影像扩展至 8 个波 段，且增加了 8 个波段的短波红外影像，无控平面定 位精度达到 3.5 m（CE90）。近年来，随着北京二号、 吉林一号、高景一号等系列卫星和卫星星座的成功发 射，我国商业高分辨卫星遥感发展迅速，具备了快速 获取 0.5 m 空间分辨率全色卫星影像的能力，打破了高 分辨率光学卫星遥感市场长期被国外公司垄断的局面， 实现了从无到有的突破。
高平面和高程无控定位精度的技术和方法。实验数据表明，使用 SRTM 作为控制信息，单景资源三号立体影像的无控定位精度 可达平面 5.6 m，高程 2.4 m。以一个约 18.4 万 km2 的区域为实验区，介绍了多时相多次覆盖大区域资源三号立体卫星影像无控
自由网的整体平差，外业精度检查表明，其平面精度为 5.42 m，高程精度为 2.85 m。
2018 年 5 月 第 16 卷第 5 期
doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2018.05. 001
地理空间信息
GEOSPATIAL INFORMATION
May.,2018 Vol.16,No.5
高分辨率光学卫星影像高精度定位技术与实践
李海鸿 1，曹 辉 2，施 俊 3
关键词 ：高分辨率卫星影像 ；成像模型 ；系统误差在轨自检校 ；无控区域网平差 ；高精度卫星影像定位 ；连接点自动提取
中图分类号 ：P236
文献标志码 ：B
文章编号 ：1672-4623（2018）05-0001-08
随着空间技术的飞速发展，近 10 a 来光学卫星影 像质量不断提高、获取更加便捷、成本逐渐降低，已成 为高分辨率对地观测系统最重要的组成部分。高分辨率 光学卫星影像是国土资源普查、土地利用调查、地理国 情监测、地理信息测绘、自然灾害与公共安全应急响应、 全球地理信息资源建设、国防安全建设等众多工程应用 的信息支撑，我国一直对高分辨率卫星影像数据的处理 和应用保持着旺盛的需求。2006 年政府将高分辨率对 地观测系统重大专项（高分专项）列入《国家中长期科 学与技术发展规划纲要》，2010 年高分专项全面启动。 高分专项的实施将全面提升我国自主获取高分辨率观测 数据的能力，加快我国空间信息应用体系建设，推动卫 星与应用技术的发展，有力保障现代农业、防灾减灾、 资源调查、环境保护和国家安全等重大战略需求，大力 支撑国土调查与利用、地理测绘、海洋和气候气象观测、 水利和林业资源监测、城市和交通精细化管理、卫生疫 情监测、地球系统科学研究等重大领域应用需求，积极 支持区域示范应用，加快推动空间信息产业发展。随着 天绘系列、资源系列以及高分系列卫星的成功发射和交 付使用，我国已实现了亚 m 级高空间分辨率、高光谱 分辨率和高时间分辨率的有机结合。
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地理空间信息
第 16 卷第 5 期
资源环境的精确调查等。提高光学卫星影像的几何精 度，除了对提升其应用性能具有重要意义外，在卫星 地面处理系统中，对于保障其数据处理质量、降低数 据处理难度、减少数据处理成本也起到关键作用。例如， 单线阵相机影像的几何纠正、多光谱相机的谱段配准、 三线阵相机影像的区域网平差以及多片 CCD 相机的几 何拼接等处理环节，其处理质量、难度以及成本很大 程度上取决于其影像的几何精度。
卫星影像高精度定位技术的核心是建立一套适合其 成像特点的数学模型和解算方法，根据星载遥感传感器 的成像机理，建立相应的数学模型，利用一定数量明显 地物点作为地面控制点或以星载测量单元记录的位置和 姿态信息作为控制，通过最小二乘平差将卫星影像坐标 映射到物方坐标系，从而获取被摄目标的高精度空间位 置信息。本文在分析严密几何成像模型和通用数学成像 模型的基础上，构建了无需了解具体卫星平台、传感器 结构和检校参数，模型参数几何意义明确，可与 RPC 参数互相转换，理论上适用于各种光学卫星影像几何处 理的抽象几何成像模型。为了满足整体平差处理时对连 接点数量和分布的要求，介绍了基于 SIFT 特征点与角 特征点相结合的连接点自动提取算法。针对实际应用中 卫星影像和对应的 RPC 参数通常存在明显系统误差的 情况，分析了自检校区域网平差过程中的 3 种系统误差 在轨检校和补偿方法。为提升卫星影像无控定位精度， 研究了卫星影像区域网平差中使用 SRTM 作为控制信息 的技术和方法，并介绍了多时相多次覆盖大区域资源三 号立体卫星影像无控自由网整体平差的实验结果。
摘 要 ：卫星影像高精度定位技术的核心是建立一套适合其成像特点的数学模型和解算方法。在分析严密几何成像模型和通用
点相结合的连接点自动提取算法以及获取高精度同名点像点坐标的方法。针对实际应用中卫星影像通常存在明显系统误差的问
题，介绍了自检校区域网平差过程中的 3 种系统误差在轨检校和补偿方法，并通过实际数据验证了综合使用这 3 种方法对系统
来自百度文库
误差检校和补偿改正的有效性。为提高卫星影像无控定位精度，研究了在卫星影像区域网平差中使用 SRTM 作为控制信息以提
随着空间分辨率和光谱分辨率的不断提升，光学 卫星影像的清晰度和解析能力不断增强，其细节信息 更加丰富。在“看得清”的基础上，如何使其“测得 准”成为充分发挥高分辨率光学卫星影像性能和应用 潜力的关键问题。在诸多应用中，光学卫星影像的几 何精度直接决定了其应用效果，如在国防军事领域， 利用光学卫星影像获取高精度的地理空间信息，构建 高精度的战场环境，实现远程精确打击和准确的打击 效果评估 ；在国民经济建设领域，利用高精度光学卫 星影像进行地形图的测绘、基础地理数据的更新以及
数学成像模型的基础上，提出了无需了解具体卫星平台、传感器结构和检校参数，具有明确几何意义模型参数，可通过 RPC
参数计算得到的，理论上适用于各种光学卫星影像几何处理的抽象几何成像模型 ；并介绍了基于该模型的自检校区域网平差及
其在卫星影像高精度定位中的实际应用。为了满足区域网平差对连接点数量和分布的要求，探讨了基于 SIFT 特征点与角特征
2003 年 5 月美国政府颁布了新的商业遥感卫星政 策，明确指出美国政府将“最大程度地依赖商业遥感 卫星来满足军事、情报、对外政策、本土安全以及国
收稿日期 ：2018-03-12。
内用户所需的图像和空间需求，美国的商业卫星图像 公司在国家安全作战行动中将扮演更为重要的角色”， 系列扶持政策的实施在巩固美国遥感市场方面发挥了 重要作用，美国在空间分辨率优于 1 m 的商业遥感领 域 一 直 保 持 领 先 地 位。 继 IKONOS、QuickBird 之 后， Geoeye、WorldView 系列卫星成功发射，全色影像空间 分辨率达到 0.3 m，高分辨率多光谱影像扩展至 8 个波 段，且增加了 8 个波段的短波红外影像，无控平面定 位精度达到 3.5 m（CE90）。近年来，随着北京二号、 吉林一号、高景一号等系列卫星和卫星星座的成功发 射，我国商业高分辨卫星遥感发展迅速，具备了快速 获取 0.5 m 空间分辨率全色卫星影像的能力，打破了高 分辨率光学卫星遥感市场长期被国外公司垄断的局面， 实现了从无到有的突破。
高平面和高程无控定位精度的技术和方法。实验数据表明，使用 SRTM 作为控制信息，单景资源三号立体影像的无控定位精度 可达平面 5.6 m，高程 2.4 m。以一个约 18.4 万 km2 的区域为实验区，介绍了多时相多次覆盖大区域资源三号立体卫星影像无控
自由网的整体平差，外业精度检查表明，其平面精度为 5.42 m，高程精度为 2.85 m。
2018 年 5 月 第 16 卷第 5 期
doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2018.05. 001
地理空间信息
GEOSPATIAL INFORMATION
May.,2018 Vol.16,No.5
高分辨率光学卫星影像高精度定位技术与实践
李海鸿 1，曹 辉 2，施 俊 3
关键词 ：高分辨率卫星影像 ；成像模型 ；系统误差在轨自检校 ；无控区域网平差 ；高精度卫星影像定位 ；连接点自动提取
中图分类号 ：P236
文献标志码 ：B
文章编号 ：1672-4623（2018）05-0001-08
随着空间技术的飞速发展，近 10 a 来光学卫星影 像质量不断提高、获取更加便捷、成本逐渐降低，已成 为高分辨率对地观测系统最重要的组成部分。高分辨率 光学卫星影像是国土资源普查、土地利用调查、地理国 情监测、地理信息测绘、自然灾害与公共安全应急响应、 全球地理信息资源建设、国防安全建设等众多工程应用 的信息支撑，我国一直对高分辨率卫星影像数据的处理 和应用保持着旺盛的需求。2006 年政府将高分辨率对 地观测系统重大专项（高分专项）列入《国家中长期科 学与技术发展规划纲要》，2010 年高分专项全面启动。 高分专项的实施将全面提升我国自主获取高分辨率观测 数据的能力，加快我国空间信息应用体系建设，推动卫 星与应用技术的发展，有力保障现代农业、防灾减灾、 资源调查、环境保护和国家安全等重大战略需求，大力 支撑国土调查与利用、地理测绘、海洋和气候气象观测、 水利和林业资源监测、城市和交通精细化管理、卫生疫 情监测、地球系统科学研究等重大领域应用需求，积极 支持区域示范应用，加快推动空间信息产业发展。随着 天绘系列、资源系列以及高分系列卫星的成功发射和交 付使用，我国已实现了亚 m 级高空间分辨率、高光谱 分辨率和高时间分辨率的有机结合。
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地理空间信息
第 16 卷第 5 期
资源环境的精确调查等。提高光学卫星影像的几何精 度，除了对提升其应用性能具有重要意义外，在卫星 地面处理系统中，对于保障其数据处理质量、降低数 据处理难度、减少数据处理成本也起到关键作用。例如， 单线阵相机影像的几何纠正、多光谱相机的谱段配准、 三线阵相机影像的区域网平差以及多片 CCD 相机的几 何拼接等处理环节，其处理质量、难度以及成本很大 程度上取决于其影像的几何精度。
卫星影像高精度定位技术的核心是建立一套适合其 成像特点的数学模型和解算方法，根据星载遥感传感器 的成像机理，建立相应的数学模型，利用一定数量明显 地物点作为地面控制点或以星载测量单元记录的位置和 姿态信息作为控制，通过最小二乘平差将卫星影像坐标 映射到物方坐标系，从而获取被摄目标的高精度空间位 置信息。本文在分析严密几何成像模型和通用数学成像 模型的基础上，构建了无需了解具体卫星平台、传感器 结构和检校参数，模型参数几何意义明确，可与 RPC 参数互相转换，理论上适用于各种光学卫星影像几何处 理的抽象几何成像模型。为了满足整体平差处理时对连 接点数量和分布的要求，介绍了基于 SIFT 特征点与角 特征点相结合的连接点自动提取算法。针对实际应用中 卫星影像和对应的 RPC 参数通常存在明显系统误差的 情况，分析了自检校区域网平差过程中的 3 种系统误差 在轨检校和补偿方法。为提升卫星影像无控定位精度， 研究了卫星影像区域网平差中使用 SRTM 作为控制信息 的技术和方法，并介绍了多时相多次覆盖大区域资源三 号立体卫星影像无控自由网整体平差的实验结果。