一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法技术

本发明专利技术公开了一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法，该定位方法的流程简洁、高效，便于自动化批量化的计算机处理，对三维位置进行定位，通过构建多场景三维联合敏感度矩阵，能够避免现有方法中设计同名点传递路径的繁琐，本发明专利技术的定位方法包含东向位置(经度)、北向位置(纬度)和高程的三维位置同时定位，通过同时对多个场景的SAR数据进行三维位置干涉定标，实现三维定位；本发明专利技术通过构建多场景三维联合敏感度矩阵，能够使多个干涉SAR场景的所有待定标参数同时进行迭代计算，保证各场景的定位的精度以及场景邻接处的位置衔接性，并且避免了现有方法中设计同名点传递路径的繁琐。

A 3D localization method for multi scene interferometric SAR images

The invention discloses a multi scene interferometric SAR image three-dimensional positioning method, the positioning process is simple and efficient, convenient for computer automatic processing of batch, positioning of the three-dimensional position, three-dimensional scene by constructing multi joint sensitivity matrix, can avoid the existing design methods in the same point of transfer path is tedious, positioning the method of the invention includes position (longitude) to the East and North position (latitude) and location of 3D location and elevation at the same time, through the three-dimensional position of SAR data in various scenes of interferometric calibration, 3D positioning; the invention by constructing multi joint 3D sensitivity matrix enables multiple interference SAR the scene all system parameters and iterative calculation, ensure the positioning accuracy of the scene and the scene adjacent position of convergence, and avoid the existing The tedious design of passing paths in the same name.

【技术实现步骤摘要】
一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法
本专利技术涉及三维定位方法
，具体涉及一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法。
技术介绍
干涉SAR技术是合成孔径雷达技术与干涉技术的结合，干涉SAR通过两副不同位置处的天线来观测同一场景，利用雷达回波获取并进行数据处理得到场景的SAR图像和干涉相位数据，然后对干涉相位数据进行干涉定标处理，利用干涉定标处理后的干涉相位数据来反演SAR像元的三维位置。三维定位是干涉SAR图像走向应用的必要前提，所谓三维定位是指获取SAR图像像元所对应地物目标的东西向位置(经度)、南北向位置(纬度)和高程。由于参数误差、航迹误差以及系统非理想特性的存在，导致干涉SAR三维重建几何模型中的参数取值并不准确，需要通过干涉定标来校准各参数，以提高几何定位的精度。因此，干涉定标处理是实现SAR图像精确定位的关键。干涉定标处理的常规思路是利用三维位置已知的地面控制点(GroundControlPoint，GCP)，来闭环修正各干涉参数。为满足干涉SAR的测图作业的要求，需要在少量控制点的条件下实现大区域多场景的干涉定标，采用多场景联合定标方法可实现上述要求。联合定标能保证各场景的三维位置精度，又能保证相邻场景之间的三维位置衔接性。但现有的多场景联合定标方法，通常采用同名点(TiePoint，TP，连接点，又称同名点，即同一地物目标在不同SAR场景中所分别对应的像元)位置信息的传递来实现，实现过程较为繁琐，不便于自动化处理；并且仅面向高程定位，较少涉及三维位置同时定位，现有的关于多场景干涉SAR图像的三维定位方法多是面向定位精度的提升，而鲜有涉及处理流程的优化改进，不便于利用计算机进行自动化、批量化处理。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法，该定位方法的流程简洁、高效，便于自动化批量化的计算机处理，对三维位置进行定位，通过构建多场景三维联合敏感度矩阵，能够避免现有方法中设计同名点传递路径的繁琐，本专利技术是通过以下技术方案实现的：步骤1：确定参与联合定标的干涉SAR场景的总数目I，确定每个场景中GCP点的数目Mi，确定所有GCP点的三维地理位置信息和其在SAR图像中的行列位置信息；步骤2：在所有参与联合定标的干涉SAR场景中，确定在位置上互相邻接并部分重合的场景组数J；确定第j组互相邻接并部分重合的场景所包含的两个场景的编号aj、bj，其中aj、bj∈{1，2...I}且aj≠bj，j＝1，2...J；在各组场景中选取TP点，确定第j组场景中的TP点数目Nj，确定所有TP点在SAR图像中的行列位置；步骤3：确定第i个干涉SAR场景的三维位置东向xi、北向yi和高程hi反演的几何表达式其中i＝1，2...I，自变量ui，1，ui，2，...ui，k...，ui，K为待标定参数组，ui，k表示第i个干涉SAR场景中的第k个待定标参数ui，k，k＝1，2...K，K为待标定参数总个数；步骤4：构建多场景参数矩阵U，矩阵U的维度为I·K行1列，其构成为U＝[U1U2…Ui…UI]T，其中，Ui＝[ui，1ui，2…ui，k…ui，K]T步骤5：构建关于GCP点的多场景联合敏感度矩阵G，矩阵G的维度为行I·K列，其构成为G＝diag(G1，G2，…GI)，其中表示第i个SAR场景中所有GCP点处三维位置关于待定标参数的敏感度，的矩阵结构如下：其中a＝x，y，h；步骤6：构建关于TP点的多场景联合敏感度矩阵T：其中，矩阵T的维度为行I·K列，和分别表示第aj和bj个SAR场景中所有TP点处三维位置关于待定标参数的敏感度，aj和bj表征位置上相互邻接并且共同拥有TP点的第j组的两个场景的编号，同一编号的或位于同一列；共同拥有TP点的第j组的两个场景在同一行；步骤7：构建多场景参数误差矩阵ΔU：矩阵ΔU的维度为I·K行1列，其构成为ΔU＝[ΔU1ΔU2…ΔUi…ΔUI]T，其中，ΔUi＝[Δui，1Δui，2…Δui，k…Δui，K]T，ΔU为待求解参量，表征待定标参数修正量矩阵；步骤8：构建多场景位置误差矩阵ΔP：矩阵ΔP的维度为行1列，其构成为ΔP＝[ΔPG，1ΔPG，2…ΔPG，i…ΔPG，I；ΔPT，1ΔPT，2…ΔPT，j…ΔPT，J]T，其中ΔPG,i＝[ΔxG,iΔyG,iΔhG,i]T，列向量ΔxG,iΔyG,iΔhG,i分别表示第i个SAR场景中所有GCP点处三维位置误差，即在当前的参数数值下计算出的各GCP点三维位置数值减去其真实三维地理位置数值所得差值；ΔPT,j＝[ΔxT,jΔyT,jΔhT,j]T，列向量ΔxT,jΔyT,jΔhT,j分别表示第j组SAR场景中所有TP点处三维位置误差即同一地物点在2个场景中的三维位置坐标差值，即在当前的参数数值下计算出的TP点在第aj个场景中的三维位置数值减去该点在第bj个场景中的三维位置数值所得差值；步骤9：构建多场景联合敏感度方程：并求解此方程获得参数修正量矩阵ΔU，计算公式为其中[·]+表示矩阵[·]的Moor-Penrose逆；步骤10：更新矩阵G、T、ΔP：利用步骤9求解出的参数修正量矩阵ΔU，U与ΔU相加，获得更新后的待定标参数矩阵U，依据更新后的U更新矩阵G、矩阵T，然后按照步骤3中的干涉SAR场景的三维位置反演几何表达式计算各GCP、TP点处的三维位置，并通过比较GCP点的真实三维、TP点在一组场景中的三维位置差异，获得更新后的位置误差矩阵ΔP；步骤11：判断位置误差矩阵ΔP是否满足精度要求或满足收敛条件，若满足精度要求或已收敛，则将步骤10计算出的各GCP、TP点处的三维位置作为各干涉SAR场景中各像元处的三维位置，完成多场景干涉SAR图像的三维几何定位，否则，转步骤9，利用更新后的G、T、ΔP求解步骤9中的方程(1)。其中，所述步骤3中的待定标参数包括交轨基线长度、顺轨基线长度、基线倾角、干涉相位偏置、回波延时、天线相位中心初始位置和多普勒中心频率。进一步地，所述步骤10中的收敛条件为为最近2次迭代获得的ΔP值的差异小于系统要求的三维位置精度的取值。有益效果：本专利技术提供了一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法，通过同时对多个场景的SAR数据进行数学建模表达，实现多场景同时定位，优化了面向多场景干涉SAR图像地三维定位流程，便于自动化与批量化的计算机处理；本专利技术的定位方法包含东向位置(经度)、北向位置(纬度)和高程的三维位置同时定位，通过同时对多个场景的SAR数据进行三维位置干涉定标，实现三维定位；本专利技术通过构建多场景三维联合敏感度矩阵，能够使多个干涉SAR场景的所有待定标参数同时进行迭代计算，保证各场景的定位的精度以及场景邻接处的位置衔接性，并且避免了现有方法中设计同名点传递路径的繁琐。附图说明图1为多场景干涉SAR图像的三维定位方法流程图。图2为有两个场景，三个邻接位置时，联合定标场景邻接分布图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法，所述方法包括：步骤1：确定参与联合定标的干涉SAR场景的总数目I，确定第i个场景中GCP点的数目Mi，i＝1，2...I，确定所有GCP点的三维地理位置信息和其在SAR图像中的行列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定参与联合定标的干涉SAR场景的总数目I，确定每个场景中GCP点的数目M

【技术特征摘要】
1.一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定参与联合定标的干涉SAR场景的总数目I，确定每个场景中GCP点的数目Mi，i＝1,2…I，确定所有GCP点的三维地理位置信息和其在SAR图像中的行列位置信息；步骤2：在所有参与联合定标的干涉SAR场景中，确定在位置上互相邻接并部分重合的场景组数J；确定第j组互相邻接并部分重合的场景所包含的两个场景的编号aj、bj，其中aj、bj∈{1,2…I}且aj≠bj，j＝1,2…J；在各组场景中选取TP点，确定第j组场景中的TP点数目Nj，确定所有TP点在SAR图像中的行列位置；步骤3：确定第i个干涉SAR场景的三维位置东向xi、北向yi和高程hi反演的几何表达式其中i＝1,2…I，自变量ui,1,ui,2,…ui,k…,ui,K为待标定参数组，ui,k表示第i个干涉SAR场景中的第k个待定标参数ui,k，k＝1,2…K，K为待标定参数总个数；步骤4：构建多场景参数矩阵U，矩阵U的维度为I·K行1列，其构成为U＝[U1U2…Ui…UI]T，其中，Ui＝[ui,1ui,2…ui,k…ui,K]T；步骤5：构建关于GCP点的多场景联合敏感度矩阵G，矩阵G的维度为行I·K列，其构成为G＝diag(G1,G2,…GI)，其中表示第i个SAR场景中所有GCP点处三维位置关于待定标参数的敏感度，的矩阵结构如下：其中a＝x，y，h；步骤6：构建关于TP点的多场景联合敏感度矩阵T：其中，矩阵T的维度为行I·K列，和分别表示第aj和bj个SAR场景中所有TP点处三维位置关于待定标参数的敏感度，aj和bj表征位置上相互邻接并且共同拥有TP点的第j组的两个场景的编号，同一编号的或位于同一列；共同拥有TP点的第j组的两个场景在同一行；步骤7：构建多场景参数误差矩阵ΔU：矩阵ΔU的维度为I·K行1列，其构成为ΔU＝[ΔU1ΔU2…ΔUi…ΔUI]T，其中，ΔUi＝[Δui,1Δui,2…Δui,k…Δui,K]T，ΔU为待求解参量，表征待定标参数修正量矩阵；步骤8：构建多场景位置误差矩阵ΔP：矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文军，毛永飞，韩运忠，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11