前言

采用地形无关的控制方案建立 RPC 模型。本次作业是小组作业，成果为小组共同完成，上传博客经小组成员同意。

数据组成

DX_ZY3_NAD_att.txt：记录卫星影像某一时刻的四元数（用于计算本体坐标系与 J2000 坐标系之间的变换矩阵），并没有用到本体到轨道坐标系姿态的三个欧拉角。

DX_ZY3_NAD_gps.txt：记录卫星某一时刻在 WGS84 坐标系中的位置，并没有用到速度数据。

本体到轨道坐标系姿态的三个欧拉角与 GPS 速度数据应该是计算本体坐标系到轨道坐标系、轨道坐标系到 WGS84 坐标系的数。这里我们是用本体坐标系与 J2000 坐标系，然后 J2000 坐标系到 WGS84 坐标系计算的。

此外将 GPS 相位中心坐标直接视为了投影中心坐标，忽视了两者之间的误差，是因为这一部分误差可以归在偏置矩阵中，可以结合光学卫星在轨几何定标相关知识理解。

DX_ZY3_NAD_imagingTime.txt：记录卫星的扫描行对应的时刻，以对应 GPS 定位数据和四元数数据。

NAD.cbr：记录一个扫描行上的像元指向角，包括垂轨和沿轨方向的指向角。在本次作业中，沿轨方向 x 指向角均为0。

NAD.txt：记录偏置矩阵数据。本次作业中该数据均为0，不需要使用。

zy3.tif：卫星影像数据，从.tif文件中可以读取影像的范围，并由此获取相应区域的 DEM 。

在美国地质调查局USGS官网下载航天飞机成像雷达地形测绘(SRTM) DEM 数据，按卫星影像范围裁剪，作为后续检查计算的基础。

zy3_rpc.txt：用途暂时未知。

基本思路

  • 控制点获取

    • 文件读取

    • 格网划分

    • 四元数计算

    • 视向量计算

    • 视向量与椭球的交点

      计算特定 H 下， 椭球与视向量的交点直角坐标

  • 检查点获取

    • 格网划分
    • 根据 DEM 中仿射参数，计算大地坐标 BL 对应的 DEM 像元坐标，获取高程 H
    • 窗口二分法确定扫描行

这两部分有很多相通的地方：

  • 包括读取、处理数据可以公用
  • 直角坐标 XYZ 与大地坐标 BLH 相互转换函数

  • RPC 解算

    • 这一部分的计算很迷，尤其是线性化的方式，和以往的不同

  • 精度检查

要注意的地方

  • 坐标的对应关系

    整个计算过程中涉及到很多种坐标，一定要理清它们之间的关系。

    1. 像方坐标

      • (x , y) 与 (line , sample) 是等价的

      • (height , width)

      • (r , c)

      在本次作业中，sample 对应的是图像的 width, 因而可以看出 x 对应 r，y 对应 c

    2. 地球坐标系

      要注意大地坐标 BLH 与直角坐标 XYZ 之间的转化

  • 像元指向角

    像元指向角文件中的数据是指向角，而不是正切值。

  • 地球椭球的使用

    在获取控制点时，我们是通过影像格网与高度计算的地面点坐标，但其中存在一个问题。使用 xyh 计算坐标的时候得到 XYZ 坐标，

    然后 XYZ 计算 BLH 坐标也会得到一个高程 H 。如果这 xyh 和 BLH 的两个高程不相等，那就会麻烦不少。其解决方法详见 PPT 内容。

  • RPC 的线性化，根据我的理解，它甚至没有用到偏导数，是很不常规的解法。同时，它也不需要提供较为准确的初始值（解出参数的稳定堪忧）