遥感相机象移速度的滤波处理

　　引　言

　　象移是指在相机摄影过程中,地面景物的象在象面上存在运动的现象,运动的速度通常称为象移速度。象移的存在将导致成象模糊,使相机的照象分辨力下降。因此,对于高分辨力的航空和航天相机,要想得到高清晰度的图象,就必须进行高精度的象移补偿。象移补偿的先决条件是要得到高精度的象移速度。象移速度通常采用直接测量和计算两种方法得到:直接测量法是在象面或等效象面上安装象移速度测量设备进行测量;计算法是根据产生象移的各种参数,如相机运动速度、相机高度、地物速度等,来计算得到象移速度。不论那种方法得到的象移速度都难免包含有随机误差。如果将得到的象移速度直接送到象移补偿控制系统中,则将不可避免的使象移速度补偿系统补偿误差加大。当存在较大误差时,甚至会导致系统不能稳定工作,因此必须对得到的象移速度数据进行滤波处理。本文的目的就是以象移速度计算方法为例,采用统计实验法分析计算得到的象移速度的统计特性,进而提出合理的数字滤波方法。

　　1　象移速度的计算

　　在遥感相机中,要想计算出象移速度的准确值,就必须导出从地面目标到对应相机象面上象的映射关系。这一映射关系的详细计算过程需要经过从地理坐标系(G)到地球坐标系(E),再逐一到地球惯性坐标系(I),运载平台轨道坐标系(B),运载平台坐标系(S),相机坐标系(C),最后到象面坐标系(P)等六次坐标变换。经坐标变换和近似处理后得到的象移速度计算公式如下:

式中R为相对于地心的地球半径;H为被摄景物处运载平台的轨道高度;h为被摄景物处的地物地形高度;i为运载平台轨道倾角;γ为摄影时刻,轨道平面内运载平台到降交点之间的中心角;ω为地球自转角速率;Ω为运载平台相对于地心的运动角速率;ψ,θ,φ分别为运载平台的偏航、俯仰和横滚姿态角;ψ。,θ。,φ。分别为运载平台的偏航、俯仰和横滚姿态角速率;f为相机焦距;vp1,vp2分别为相机象面上前向和横向象移速度分量;vp为相机象面上的象移速度主向量值。

　　由上述公式可见,象移速度计算涉及到相对于地心的地球半径、被摄景物处运载平台的高度、被摄地物的地形高度、轨道倾角、在摄影时刻轨道平面内运载平台到降交点之间的中心角、运载平台星下点的经纬度、地球自转角速率、摄影时刻运载平台轨道相对于地心的角速率、运载平台坐标系相对于轨道坐标系在摄影时刻的偏航角、俯仰角、横滚姿态角及它们的导数、相机镜头焦距等多个计算参数。

　　2　象移速度的统计特性

　　为了得到象移速度的统计特性,给出与计算有关的各参数统计特性及随机误差计算公式,如表1所示。