高分七号卫星激光测高仪搭载激光监视相机和激光足印相机,获取的激光光斑和光学足印影像可辅助激光定位。提出一种考虑外界环境对足印光斑成像质量影响的足印光斑质心提取方法。将足印光斑和监视光斑进行最小二乘影像匹配,获取转换模型;由灰度重心法提取监视光斑质心;利用监视光斑质心、通过转换模型得到足印光斑质心。对100组仿真光斑和1轨高分七号卫星足印光斑数据进行测试。结果表明:本文方法提取的光斑质心偏移量标准差小于0.08 pixel,较灰度重心法和高斯拟合法提高0.1 pixel以上。对时间跨度为7个月的30轨高分七号卫星足印光斑进行测试,得到两束足印光斑质心在地面的抖动范围均小于1.2 m,且其具有较好的中长期稳定性的结论。实验结果表明高分七号卫星激光测高仪激光器与光学足印影像之间的几何关系稳定,可以使用光学足印影像辅助激光器进行在轨指向标定和几何定位处理。

作为我国自主研制的首颗1∶10000比例尺立体卫星,高分七号(GF-7)卫星搭载的全波形激光测高仪和双线阵光学相机为全球范围内数字高程模型的建立提供了新的途径。为确定激光脚点在双线阵立体影像中的位置,进而实现两者的复合测绘功能,监视激光指向的足印相机和双线阵相机一般需要在白天同时工作,以确定激光光斑在双线阵相机图像坐标系下的位置。采用同步曝光模式时,足印相机中的光斑图像往往与地物和云层重叠,在强背景噪声条件下由足印相机图像提取的光斑中心精度较差,甚至无法提取光斑中心。基于多轨足印相机图像的分析,激光器在连续工作时,光斑中心随其工作时间的增加在X方向正向偏移并呈现一定的线性,其线性变化规律受激光器出光能量波动的影响;而在Y方向上则基本稳定,可以采用分段线性拟合、数据插值的方式来获取强背景噪声条件下光斑中心的位置,从而提升激光数据的利用效率。激光指向的变化规律也为后续激光载荷系统误差标定与计算提供了依据和参考,也为后续激光测高仪数据的分析和处理提供了新的思路。

使用足印相机同时对激光光斑和地表成像会导致相机中的激光光斑影像与地面影像重叠,造成激光光斑的中心定位精度较差。本文针对GF-7卫星足印相机实测的图像特点,提出地物噪声图像分类方法,优化高斯拟合光斑中心定位的处理流程,同时分析不同地物噪声背景下光斑图像的分类方法以及对应的光斑中心的提取精度。实验结果表明,所提方法在低中高的不同噪声条件下,中心定位精度分别为0.11,0.13,0.16 pixel,定位方差分别为0.020,0.262,0.341 pixel。在信噪比更好的夜间,光斑定位精度为0.02 pixel,定位方差为0.0036 pixel,说明噪声是影响光斑中心定位精度的最主要因素。