卫星影像像元观测天顶角和方位角的计算方法【专利摘要】一种根据卫星影像几何成像模型计算像素观测天顶角和方位角的方法：只需要知道卫星影像的成像模型(可以是严格成像模型，也可以是有理函数模型之类的通用三维成像模型)，就可以计算出影像中每一个像素的观测天顶角和方位角，在对影像进行几何校正、重投影等几何变换时，可将各像素的观测角度一起进行变换，因此不会因为几何变换而导致影像的观测角度信息丢失。【专利说明】卫星影像像元观测天顶角和方位角的计算方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及遥感卫星影像观测天顶角和方位角的计算，能够应用在农业、林业、气象、生态环境以及国防军事等遥感部门。【
背景技术：
】[0002]观测角度（天顶角和方位角）信息对于遥感数据的处理和应用具有重要的作用。首先，卫星观测角度的不同会导致辐射传输中大气路径的不同，因此观测角度通常是遥感影像大气校正处理中很重要的输入参数。其次，在给定的入射条件下，传感器所接收到的反射辐射强度还受到观测角度的影响，因此通常利用双向反射分布函数（BidirectionalReflectanceDistributionFunction,BRDF)来描述光线如何在物体表面进行反射。此外，当具有地形起伏时，观测角度还会对影像的几何特性产生较大的影响。[0003]对于视场角较小的卫星影像，一景影像范围内观测角度的变化较小，数据提供商通常对一景影像提供一个观测天顶角和方位角（如Landsat-5)。对于视场角较大的影像，则需要针对不同的区域提供更多的观测角度（如M0DIS，HJ-1A/B)。事实上，如果需要精确地利用卫星的观测角度信息，即使对于Landsat-5之类视场角较小的卫星影像，一景给定一组观测角度也是不够的，尤其是在高纬地区。另外，很多视场角较大的遥感影像（如GF-1宽幅影像）也只对一景影像给定一组观测角度，这样就更不精确了。[0004]鉴于观测角度（天顶角和方位角）信息对于遥感数据的处理和应用的重要的作用，而现有的卫星影像产品所提供的观测角度信息通常不完整，因此研究卫星影像各个像素观测角度的计算方法具有重要的实用价值。【
发明内容】[0005]本发明的目的在于解决现有技术的不足，提出了一种根据卫星影像几何成像模型计算像素观测天顶角和方位角的方法。只需要知道卫星影像的成像模型，就可以计算出影像中每一个像素的观测天顶角和方位角，在对影像进行几何校正、重投影等几何变换时，可将各像素的观测角度一起进行变换，因此不会因为几何变换而导致影像的观测角度信息丢失。[0006]本发明的技术方案如下：[0007]-种基于卫星影像几何成像模型的像素观测天顶角和方位角计算方法，所述方法中几何成像模型可以是用星历参数描述的严格成像模型，也可以是通用的三维成像模型(如有理函数模型）；包括以下步骤，[0008]步骤1，恢复观测视线：对于影像上任意一点p(像素坐标为（x，y))，取两个不同的高程值h和h2㈨<h2)，利用卫星影像的成像模型得到p点对应的两个空间点Pi(Φρλi，hj和P2(Φ2,λ2,h2)，恢复像平面点p的观测视线@;[0009]步骤2,计算观测天顶角：连接地心0与Pi点，计算OPi与PR的夹角，即为像平面点P的观测天顶角9zenith?[0010]步骤3,计算观测方位角初值：计算PR与过Pi点的子午面的夹角，即为像平面点P观测方位角的初值Θazimuth?[0011]步骤4,对观测方位角进行南北向修正：如果Φ2<，则取θazimuth=180Gazimuth;否则，转到步骤5;[0012]步骤5,对观测方位角进行东西向修正：如果λ2<λi，则取Θazimuth9azimuth?否则，结束计算。【专利附图】【附图说明】[0013]图1是本发明实施例一流程图；[0014]图2是卫星观测天顶角示意图；[0015]图3是0P'^2所在大圆平面示意图；[0016]图4是卫星观测方位角示意图；[0017]图5是平面<yip2不意图；[0018]图6是子午面〇W1不意图。【具体实施方式】[0019]本发明提出了一种根据卫星影像几何成像模型计算像素观测天顶角和方位角的方法。以下结合一个实施例和附图1?6详细说明本发明技术方案。[0020]实例提供根据卫星影像几何成像模型计算像素观测天顶角和方位角的方法，参见附图1:[0021]步骤1，恢复观测视线：对于影像上任意一点P(像素坐标为（X，y))，取两个不同的高程值h和h2㈨<h2)，利用卫星影像的正算模型得到p点对应的两个空间点Pi(Φρλρhj和P2(Φ2,λ2,h2)，恢复像平面点p的观测视线@，可参见附图2;[0022]卫星影像的成像模型用来描述像素坐标（行列号）与大地经纬度坐标（经度、纬度和高程）之间的映射关系，通常用正算模型表示从像素坐标和给定高程到大地经纬度坐标的映射，如（1)所示，[0023](φ,λ)=F(x,y,h)(1)[0024]式⑴中x表示像平面点的行坐标，y表示像平面点的列坐标，Φ表示纬度，λ表示经度，h表示高程，F(·)表示正算模型。[0025]成像模型不限于某种特定的模型，既可以是用星历参数描述的严格成像模型，也可以是通用的三维成像模型（如有理函数模型）。[0026]这里4可取值为0米，h2可取为1000米。[0027]步骤2,计算观测天顶角：连接地心0与Pi点，计算OPi与PR的夹角，即为像平面点P的观测天顶角9zenith?[0028]延长(^交已点所在的高程面于P'i，则i点的经纬度坐标为p'，入nh2)，为直观起见，下面在op'所在的大圆平面中计算，参见附图3。过卩2点作P2M垂直0P'1于]\1，令ZPsOP'Y。由"Haversineformula"[H.B.Goodwin,Thehaversineinnauticalastronomy,NavalInstituteProceedings，vol.36,no.3(1910),pp.735-746：EvidentlyifaTableofHaversinesisemployedweshallbesavedinthefirstinstancethetroubleofdividingthesumofthelogarithmsbytwo,andinthesecondplaceofmultiplyingtheangletakenfromthetablesbythesamenumber.ThisisthespecialadvantageoftheformoftablefirstintroducedbyProfessorInman,ofthePortsmouthRoyalNavyCollege,nearlyacenturyago.]可以计算γ得到[0029]【权利要求】1.一种基于卫星影像几何成像模型的像素观测天顶角和方位角计算方法，所述方法中几何成像模型可以是用星历参数描述的严格成像模型，也可以是通用的三维成像模型（如有理函数模型）；其特征是：包括以下步骤，步骤1，恢复观测视线：对于影像上任意一像素点P(X，y)，取两个不同的高程值hi和h2，使得^<4，利用卫星影像的成像模型得到p点对应的两个空间点Pjc^，λρ4)和P2(Φ2,λ2,h2)，恢复像平面点p的观测视线@;步骤2,计算观测天顶角：连接地心0与Pi点，计算OPi与PR的夹角，即为像平面点p的观测天顶角9zenith?步骤3,计算观测方位角初值：计算P'2Pi与过Pi点的子午面的夹角，即为像平面点p观测方位角的初值Θazimuth?步骤4,对观测方位角进行南北向修正：如果Φ2<，则取Θazimuth1§〇^azimuth?否则，转到步骤5;步骤5,对观测方位角进行东西向修正：如果λ2<，则取Θazimuth9azimuth;否则，结束计算。【文档编号】G01C1/00GK104121884SQ201410352963【公开日】2014年10月29日申请日期:2014年7月24日优先权日:2014年7月24日【发明者】龙腾飞,焦伟利,张兆明,何国金申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所