基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联合定位方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于遥感影像处理
，涉及一种基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联合定位方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)，是一种是用微波探测地表目标的主动式成像传感器。星载SAR，具有全天候、全天时、大范围、强穿透性等独特优点，其获取的SAR遥感影像，可作为光学遥感影像的有益补充，已广泛地应用于地形测绘、国土资源调查、农作物估产、水文监测和灾害评估等领域。异源光学和SAR遥感影像精确联合定位，是诸多应用的重要前提和关键环节，对其研究具有重要的现实意义。就几何定位而言，构成广义立体像对实现对地目标定位的充要条件是“不同位置拍摄”和“影像存在一定重叠”，与影像是否属于同类传感器无关。利用异源光学和SAR遥感影像进行联合定位，不仅可以降低遥感影像立体成像的要求，而且可以充分利用单景异源遥感影像的互补信息，为此，已有较多学者对其进行深入研究。目前，研究方法主要可分为如下三类：1)先空间后方交会-再前方交会的方法，即首先利用大量均匀分布的地面控制点分别对每景影像进行定向，然后利用前方交会技术进行定位，如2004年Toutin学者利用其提出的几何模型对Landsat-7ETM+、SPOT4HRV、ASTERVNIR、RADARSAT、ERS等多源影像进行了联合定位试验、2008年邢帅等人尝试将光学与SAR卫星遥感影像联立构成“立体像对”进行复合式定位等。<...
【技术保护点】
一种基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联合定位方法，其特征在于：所述基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联合定位方法包括以下步骤：1)解算异源光学和SAR遥感影像的RPC参数；2)利用影像匹配或者人工量测的方法，获取光学以及SAR遥感影像间连接点和地面控制点对应像点的像素坐标；3)待完成步骤2)后，基于步骤1)所解算得到的异源光学和SAR遥感影像的RPC参数以及基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像区域网平差，实现精确联合定位。
【技术特征摘要】
1.一种基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联合定位方法，其特
征在于：所述基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联合定位方法包括
以下步骤：
1)解算异源光学和SAR遥感影像的RPC参数；
2)利用影像匹配或者人工量测的方法，获取光学以及SAR遥感影像间连接点
和地面控制点对应像点的像素坐标；
3)待完成步骤2)后，基于步骤1)所解算得到的异源光学和SAR遥感影像的
RPC参数以及基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像区域网平差，实现精
确联合定位。
2.根据权利要求1所述的基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联
合定位方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：
1.1)构建SAR遥感影像在物方均匀分布的虚拟控制点格网；
1.2)根据步骤1.1)所建立的虚拟控制点格网求解SAR遥感影像有理函数多
项式模型；
1.3)对步骤1.2)所建立得到的有理函数多项式模型进行线性化，同时采用
谱修正迭代算法计算得到异源光学和SAR遥感影像的RPC参数。
3.根据权利要求2所述的基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联
合定位方法，其特征在于：所述步骤1.1)的具体实现方式是：
1.1.1)根据SAR遥感影像的四个角点的像素坐标求解对应物方点的大地经纬
度坐标，确定SAR遥感影像的覆盖范围；
1.1.2)读取SAR遥感影像的覆盖范围内的免费全球DEM数据，确定最大高程
值以及最小高程值，并根据给定的高程分层数建立三维立体格网；
1.1.3)对步骤1.1.2)中所建立得到的三维立体格网中各格网点，由其大地
经纬度坐标计算各格网点在SAR遥感影像上对应的像点坐标，并进一步对像点坐
标进行从侧视斜距投影到光学透视投影的转换，建立物方均匀分布的虚拟控制点
格网。
4.根据权利要求3所述的基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联
合定位方法，其特征在于：所述步骤1.1.1)中求解对应物方点的大地经纬度坐
标的具体实现方式是：
由某像点像素坐标(x,y)和人工设定的投影面高程h，利用SAR严格几何模型
并引入地球椭球模型，计算该像点对应物方点的地心旋转坐标系坐标(X,Y,Z)，
通过坐标转换可得到对应的大地经纬度坐标(lat,lon,h)；
所述SAR严格几何模型是根据距离条件和多普勒频率条件来表达雷达图
像瞬时构像的几何关系：
RSlant=|Rs-Rp|=(X-XS)2+(Y-YS)2+(Z-ZS)2]]>(X-Xs)VSX+(Y-Ys)VSY+(Z-Zs)VSZ＝0
其中：
RSlant为卫星天线中心S到地面点P的斜距；
Rp以及Vp分别为地面点P的物方坐标(X,Y,Z)以及速度矢量
(Vpx,Vpy,Vpz)；
Rs以及Vs分别为卫星天线中心S成像瞬间对应的物方空间坐标
(XS,YS,ZS)以及速度矢量(VSX,VSY,VSZ)；
所述地球椭球模型的函数表达式是：
(X2+Y2)(re+h)2+Z2rp2=1]]>其中：
re,rp分别为地球椭球的长、短半轴；
h为人工设定的投影面高程；
在计算过程中，首先从SAR遥感影像头文件中读取所需的模型参数，然后以
物方点的地心旋转坐标系坐标(X,Y,Z)为未知数，对上述公式线性化，建立误差
方程的矩阵形式为：
V＝BX-L,P
式中：
B=B11B12B13B21B22B23B31B32B33]]>为(X,Y,Z)的改正数对应的系数矩阵；
X为(X,Y,Z)的改正数向量；
L＝-[F1F2F3]T为常数向量；
P为权矩阵；
根据误差方程，按照最小二乘法迭代求解解算出(X,Y,Z)，经坐标转换即可
\t得到大地经纬度坐标(lat,lon,h)。
5.根据权利要求4所述的基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联
合定位方法，其特征在于：所述步骤1.1.3)中由其大地经纬度坐标计算各格网
点在SAR遥感影像上对应的像点坐标的具体实现方式是：
由某物方点的大地经纬度坐标(lat,lon,h)，转换为地心旋转坐标系坐标
(X,Y,Z)，通过SAR严格几何模型的间接定位公式，计算该物方点在SAR遥感影像
上对应像点的像素坐标(x,y)：
所述SAR严格几何模型是根据距离条件和多普勒频率条件来表达雷达图像瞬
时构像的几何关系：
RSlant=|Rs-Rp|=(X-XS)2+(Y-YS)2+(Z-ZS)2---(1)]]>fD=-2(Rs-Rp)·(Vs-Vp)λ|Rs-Rp|---(2)]]>其中：
RSlant为卫星天线中心S到地面点P的斜距；
Rp以及Vp分别为地面点P的物方坐标(X,Y,Z)以及速度矢量
(Vpx,Vpy,Vpz)；
Rs以及Vs分别为卫星天线中心S成像瞬间对应的物方空间坐标
(XS,YS,ZS)以及速度矢量(VSX,VSY,VSZ)；
fD为多普勒频率；
λ为卫星天线所接收的雷达的波长；
其中，斜距RSlant为距离向坐标y的函数；
对于斜距影像，RSlant＝R0+yMy，R0为第一斜距，My为斜距影像的距离
向分辨率，参数R0和My可以从SAR遥感影像头文件中直接读取，y为像点的像
素坐标(x,y)在斜距向的值；
对于SAR遥感影像，方位向上每一行对应不同的卫星位置和速度矢量，表示
为成像时刻t的函数：
Xs=a0+a1t+a2t2Ys=b0+b1t+b2t2Zs=c0+c1t+c2t2Vsx=a1+2a2tVsy=b1+2b2tVsz=c1+2c2t---(3)]]>t＝t0+(x-1)Δt
其中：
Δt为每行SAR遥感影像成像的时间间隔，Δt是根据SAR遥感影像的头文件提
供的脉冲重复频率PRF得到，Δt＝1/PRF；
t为对应的成像时刻；
x为方位向坐标；
t0为参考时刻；
ai,bi,ci(i＝0,1,2)为多项式拟合系数，由SAR遥感影像的头文件中提供的若干
个卫星状态向量拟合得到；
星载SAR遥感影像一般都进行了多普勒归零处理，且地物在地心旋转坐标系
中速度为零，为此多普勒条件方程(2)可简化为：
(X-Xs)VSX+(Y-Ys)VSY+(Z-Zs)VSZ＝0(4)
联立公式(1)和公式(4)即为距离多普勒数学模型；
对距离多普勒数学模型线性化，建立误差方程的矩阵形式为：
V＝AX-L,P(5)
其中：
A=A11A12A21A22,]]>为未知数t、y改正数的系数；
X为未知数t、y改正数的向量；
L＝-[F1F2]T为常数向量，其中，T表示矩阵转置，F1以及F2分别代表多
普勒对应两个方程计算得到的值；
P为权矩阵；
根据误差方程(5)，按照最小二乘法迭代求解可解算出未知数(t,y)，进而由
公式t＝t0+(x-1)Δt可得到像点像素坐标(x,y)。
6.根据权利要求5所述的基于类光学像方改正的异源光学和SAR遥感影像联
\t合定位方法，其特征在于：所述步骤1.1.3)中对像点坐标进行从侧视斜距投影
...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴颖丹，明洋，黄楚云，吕辉，叶志伟，雷勇，朱莹，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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