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专利号: 201910673394X
申请人: 桂林理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于FPGA的线阵CCD卫星影像星上几何纠正方法,其特征在于步骤如下:

步骤1:外方位元素初值计算

初值计算部分主要包含模板影像选取模块、影像匹配模块、外方位元素初值计算模块,每个模块功能如下:

(1)模板影像选取模块根据卫星实时的轨道与姿态测量数据计算卫星成像的地面区域中心近似的大地坐标,并与模板影像附带的控制点坐标进行比较,选出目标模板影像存入外部存储器;

(2)影像匹配模块从随机存储器中读取模板影像和目标影像进行匹配,提取出像点坐标及其大地坐标,同时将控制点所在扫描行的轨道与姿态观测数据传输至外方位元素初值计算模块;

(3)外方位元素初值计算模块利用匹配之后影像的若干定向线中三个姿态参数转换为地面坐标至参考坐标系的外方位角元素,利用其外方位直线元素和转换后的外方位角元素通过多项式插值模型得到该像点所在扫描行的外方位元素,作为平差计算的初值;

步骤2:平差计算

平差计算部分基于单像空间后方交会算法采用一次多项式模型为外方位线元素引入常数项改正,为外方位角元素引入线性误差改正,主要包含参数计算模块、求解模块、阈值比较模块,每个模块功能如下:(1)参数计算模块主要完成外方位角元素的正、余弦值计算以及加减乘除的组合运算,通过三个CORDIC核实现正、余弦值计算模块,采用并行计算结构计算旋转矩阵,使用三个减法器计算控制点大地坐标与相应扫描行的外定向位置参数之间差值;

(2)求解模块利用最小二乘平差原理进行外方位元素改正值的计算,采用乘累加运算单元(PE)实现矩阵的相乘;

PE实现乘累加运算的过程为:(a)将输入的a和b两个数据相乘;(b)reset信号将寄存器的值设置为0;(c)下一个时钟周期,信号en控制寄存器中存储的初值0输出;(d)0值与经过Delay单元延迟1个时钟周期后到来的乘积项(a×b)相加,然后经过寄存器延迟1个时钟周期后输出;(e)第一次相加得到的结果又作为加法器下一次运算的输入数据,与此时到来的乘积项相加,然后又经过寄存器后输出;(f)如此反复,经过2n(n为控制点的数量)次的乘法和加法计算后,就完成了一个相应矩阵元素值的计算;AT和L相乘、(ATA)-1和(ATL)的相乘可以采用类似的计算结构,只需要分别使用9个PE单元来完成计算;

为了减少FPGA的逻辑资源的使用,根据矩阵ATA是对称正定矩阵,利用LDLT分解法对法方程系数矩阵B进行分解求逆,求解法方程,输出外方位元素的改正数;

LDLT分解法具体实现过程包括:(1)利用数据选择器将矩阵B的元素按列方向构建为向量形式;(2)进行LDLT分解运算,得到单位下三角矩阵L和对角矩阵D的元素;(3)对矩阵L和D进行求逆,并对矩阵L-1进行转置:a)利用数据选择器将单位下三角矩阵L的元素重排序,分别得到沿主对角线方向排列的多个向量数据;b)采用脉动阵列结构对矩阵L进行求逆,得到单位下三角矩阵L-1;c)对求逆结果进行重排序,得到矩阵(L-1)T沿行方向的向量数据;d)利用数据选择器将对角矩阵D的对角线上所有元素构建为一个行向量,并通过一个除法器依次求解每个元素的倒数,完成D的逆矩阵的元素的求解;(4)将矩阵(L-1)T和D-1的向量数据分别相乘得到上三角矩阵(L-1)TD-1,再将矩阵(L-1)TD-1与L-1的向量数据分别相乘完成对称矩阵B-1的对角线及其上方的元素的求解,然后利用12个数据选择器将矩阵元素构建为行向量,从而得到矩阵B-1按行方向的9个行向量;

(3)阈值比较模块判断外方位元素的改正数是否符合设定的阈值范围,符合则在一次平差之后输出结果,不符合则进行二次平差直至符合为止。