三线阵立体测绘卫星的测绘精度分析
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摘要：为了实现卫星立体测绘的相关设计要求，可以通过建立三线阵CCD摄影的模型开展相关的测量估算工作，并且对其测绘精度进行深入的分析与研究，找出产生误差的干扰因素，从而，根据立体测绘要求的精度，针对相应的误差干扰因素，比如：时间同步、姿态测量、有效荷载以及GPS定位系统等，提出有效的措施与对策，确保其测量的精度要求。
中图分类号：P185.18 文献标识码：A 文章编号：
卫星的三线阵立体测绘就是指利用三线阵CCD摄像相机进行有效的荷载，开展相应的测绘工作。为了完成在没有控制点的基础上，对未知的区域进行相应的定位测绘，三线阵立体测绘一定要满足三个条件：一是在摄像的时候，一定要形成具有一定视角并且会互相重叠的影像；二是对卫星的姿态进行相应的测量，取得卫星的惯性绝对位置，为三线阵立体测绘提供多方位角的数据；三是使用轨道测量确定轨道的位置坐标，为三线阵立体测绘提供多方位置的数据。所以，在进行设计以及制造卫星的时候，一定要进行充分的考虑，有效的提高卫星三线阵立体测绘的相关精度。
一、精度要求
立体测绘的精度通常是以某种比例尺的地形图精度为准。地形图的大致内容包括利用等高线表示的地貌以及相关的地物，其中等高线的绘制一般是根据地形图的比例尺进行等高距的确定。采取三线阵立体测绘的方式，其高程测量的误差是决定可测地形等高距以及相关比例尺的关键所在，此项技术的摄像测量对于卫星测量精度有着至关重要的作用。根据有关实践研究得出相应地形图的比例尺等高距与高程点精度、卫星的影像分辨率之间的关系见表1。
表1 地形图比例尺等高距与高程点精度、影像分辨率之间的关系
二、误差分析以及影响
（一）基线的误差
基线误差公式为：
式中：mt—计时精度
mv—测速精度
v —卫星速度
t —基线飞行时间
规定计时精度为0.1m/s，测速精度为0.05m/s，代入相关公式可得基线误差为3.44m。根据相关规定、标准要求以及计算公式，可以得出基线误差对于高程测量的影响值在正负3.12m之间。
（二）姿态角的误差
姿态角误差的来源主要就是：由于姿态角内插误差、星敏感器指向误差、发射失重误差以及光轴夹角误差等各种误差引起夹角值的变化，进而出现姿态角误差。其影响因素非常多，在实际测量当中，对每一个影响因素都要进行相应的计算，将计算的结果代入到相应的公式中，就可以得出其对高程测量的影响值，通常在正负1.1m之间。
（三）影像焦距以及点坐标的误差
影像点坐标误差的主要来源有：相关量测误差、内方位测定误差以及畸变校正误差。通过对这三个误差的分析与计算，得出点测量的精度为0.0048mm，与焦距测量误差0.02mm一同代入相关的公式，得出其对高程测量的影响值为1.1m。
三、提高精度的有效措施
通过以上的分析可以得出，要想达到在没有控制点的基础上完成定位以及测绘地形的精度要求，就一定要在卫星测绘系统中的轨道定位、时间同步、有效荷载以及姿态测量等方面进行深入的分析与研究，提出相应的技术改进措施，以此来确保测绘的精度可以达到相应的要求标准。
（一）增强轨道定位的定轨精度
在测绘系统中使用精度比较高的GPS轨道定位，进而增强定位的精度以及相应的测速精度，降低由此引起的基线误差以及摄站误差。我国现阶段航天器上使用的GPS接收机有两种：一是测量型GPS接收机；二是导航型GPS接收机。这两种接收机的型号都是单频的C/A码。测量型GPS接收机在提供导航解的时候，还可以进行记录相应的原始数据，比如：相位、下传伪距等，这样的方式可以经过事后的精密定轨进行相应定轨精度的提高；导航型GPS接收机可以利用C/A码的伪距直接进行导航解的求解，取得卫星轨道的具置，并且不会下传相关的原始数据。从相关使用要求方面而言，卫星的立体测绘系统应当使用测量型的接收机。通过有关试验研究表明，目前拥有的GPS接收机的位置精度可以达到10m/δ，速度精度可以达到0.05m/δ，通过对下传数据的具体处理，降低甚至消除相关的卫星钟误差、电离层误差、相位误差以及星历误差等，可以将卫星测量、定位的精度保持在5m。如果想要进一步增强定轨的精度，那么最好要使用双频的接收机，同时接受两个频率的数据，进而消除了电离层对数据信号的干扰，进一步增强了定位的精度。
（二）增强时间同步的测绘精度
增强卫星测绘平台上有关设施时间同步的测绘精度，确保需要处理的各种数据可以统一的时间之内送达，防止发生由于时间不统一而引起的不必要误差。可以将GPS系统的时间定为时间统一的基准，利用总线将卫星上全部的时间设施进行统一的校正，在相关用户接收到GPS系统的时间之后，同本身的时间进行对比，进而完成时间的统一。在完成时间统一的校正之后，各个统一时间的设备一定要使用高稳时间单元进行相应的时间计数。
（三）增强姿态测量的确定精度
在姿态测量中，通常是以精度比较高的星敏感器为主，在此基础之上，结合GPS数据以及陀螺组合进行姿态测量确定，进而增强姿态测量的确定精度，降低多方位角的误差干扰。为了更好的增强姿态测量的确定精度，在卫星上至少要安装2台精度比较高的星敏感器，同时下传陀螺数据以及星敏感器数据等有关的姿态测量数据，利用联合定资算法，也就是利用陀螺、星敏感器以及GPS数据等共同对卫星的姿态进行解算，进而增强卫星姿态测量的确定精度。比如：日本的ALOS卫星就是使用了3台精度比较高的星敏感器，在使用2台星敏感器的时候，就可以有效的降低杂光的影响，在结合惯性陀螺以及精度比较高的角度测量传感器，利用联合姿态算法，确定卫星的姿态数据，其确定精度可以达到1.08"，在处理之后更是可以达到0.5"的精度。
（四）确保相机的标定精度
用于测绘的相机一定是要提供精确的内方位标定值的，所以，在进行地面相机测试的时候，一定要对相机的像主距、主点位置、光轴夹角以及畸变等进行精准的测量。根据现有的试验研究可以说明，利用精度比较高的内方位测试仪，对相机中的相应设备进行实验测量，一定要达到主距误差保持在正负0.02mm，主点位置误差保持在0.2像元的精度要求。
结束语：
综上所述，通过对卫星三线阵立体测绘精度误差的影响因素进行分析，由此可以总结得出，为了达到测绘精度的要求，在进行设计三线阵测绘卫星的时候，一定要充分考虑时间同步、姿态测量以及轨道定位等精度。除此之外，在进行相关结构设计的时候也一定要考虑光学荷载以及有关测量的稳定性与精确性。所以，一定要加强对卫星三线阵测绘精度的分析与研究，为相关的测量工作奠定坚实的基础。
参考文献:
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