大气折射对光学卫星图像定位影响分析.pdf

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1、第31卷2014年第4期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2014)04—0017-04大气折射对光学卫星图像定位影响分析汪自军，宋效正，杨勇，舒锐，胡宜宁(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：研究了大气折射对光学卫星图像定位的影响。基于水平均匀球面分层模型，建立了定位误差与视线偏离角的关系，以SClATRAN模型大气垂直廓线作为输入，计算了大气顶到目标大气各层的折射率，仿真模拟了不同卫星高度和不同位置目标的定位误差，以及光线波长、目标高度、折射率日变化等对定位误差的影响，研究结果可用于光学遥感卫

2、星的图像定位与配准技术设计。关键词：大气折射；光学卫星；定位中图分类号：TP75文献标志码：AEffectAnalysisofAtmosphereRefractiononImageGeolocationforOpticalSatelliteWANGZi—jun，SONGXiao—zheng，YANGYong，SURui，HUYi—ning(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract：Theeffectoftheatmosphererefractio

3、nonopticalsatelliteimagegeolocationwasstudiedinthispaper．Therelationbetweenthegeolocactionerrorandoffsetofthelineofsightwasestablishedbasedonthehorizontaluniformsphericallayeredmodel．TherefractionsoftheatmospheretoptOvarioustargetatmospherelayerswerecalculatedwhentheatmosph

4、ereverticalprofileinSCIATRANwasservedastheinputThegeolocationerrorsunderdifferentsatelliteheightsandtargetpositions，andtheeffectofthelightwavelength，targetheightanddiuranalvarationofrefractiononthegeolocationerrorweresimulated．TheresultwasusefultOthedesignoftheimagegeolocat

5、ionandcalibrationoftheopticalsatellite．Keywords：Atmosphererefraction；Opticalsatellite；Geolocation0引言光学遥感卫星会利用地面特征点辅助计算图像定位与配准模型参数。地面特征点反射或自身发出的光线在以不同的天顶角通过大气到达卫星相机接收端过程中，受大气折射和大气湍流等影响，会改变光线的波前相位，即对应不同的光线传输方向，最终影响图像定位与配准模型参数的获取精度。为对卫星图像进行较精确的定位，需研究大气折射对视线方向的影响，必要时对视线指向进行修正。目

6、前大气折射对光线影响的研究多由地面计算天空目标，文献[1]用基于母函数的大气折射误差在线修正模型用于精确测量卫星在轨参数；文献[2]在研究天文收稿日期：2014一01—21；修回日期：2014—03—25作者简介：汪自军(1982一)。男，博士，工程师，主要研究方向为气象与环境卫星总体技术。观测时提出了一种新的利用较差方法测定大气折射的方法；文献[3]在处理大气折射计算时建立了大气折射率球面均匀分层模型；文献[43将大气折射用于卫星临边视线修正。但对卫星观测地面目标，即从大气顶至地表的视线折射传输还未有相关研究，本文基于球形大气折射模型，对卫

7、星观测地标其视线受大气折射和湍流的影响进行了研究。1光线在大气中的传输1．1大气折射对光线传输影响卫星对地成像时，地面或大气中目标的电磁信号经大气传输至卫星。由于大气密度的非均匀性，大气不同高度的折射率也不同，将会导致光线的弯曲。大气折射率受大气密度的影响，大气底层的折射率大于上层，如图1所示。图中：L。为无折射影上海航天18AEROSPACESHANGHAI第31卷2014年第4期响下指向；L：为折射影响下指向。卫星视线L·会向地球一侧弯曲成L。。在对地面像元定位计算时，将以L，为视线方向，而实际应以卫星和地面像元连线C为指向计算，因此计算

8、的地面目标位置将与实际发生偏差，其对图像定位误差大小可用视线方向偏差y表示。庐l上星地球图1大气折射影响卫星图像定位Fig．1Satelliteimagegeolo