一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法技术

本发明专利技术公开了一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法，包括如下步骤：确定合成孔径雷达三维重建模型待定标参数：基线b、斜矩r、多普勒参数f、干涉相位

A Spaceborne X-Band Synthetic Aperture Radar Interferometric Calibration Method

The invention discloses a spaceborne X-band synthetic aperture radar interferometric calibration method, which includes the following steps: determining the calibration parameters of the three-dimensional reconstruction model of synthetic aperture radar: baseline b, slope r, Doppler parameter f, interference phase

【技术实现步骤摘要】
一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法
本专利技术属于雷达探测
，尤其涉及一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法。
技术介绍
数字高程模型(DEM)在灾害监测、环境规划、国民经济、国防军事等领域发挥着越来越重要的作用。干涉合成孔径雷达技术具有不受云雾天气影响、全天时、大面积成像等优势，已被广泛应用于获取全球高精度DEM数据。由于利用合成孔径雷达技术获取的DEM的精度与干涉参数的精度息息相关，为了提高DEM精度，需要使用地面控制点对各类干涉参数进行误差校正，即通常所说的干涉定标。由于SAR设备自身的局部振荡误差、相位偏移误差等部分系统参数误差可在SAR内定标阶段校正，因此高精度DEM数据的获取一方面依赖于合成孔径雷达(合成孔径雷达)平台指标设计。另一方面，基线、斜距、平台位置和速度等的参数误差仍会在DEM制作过程中影响DEM精度，对这些误差进行校正是合成孔径雷达提取高精度DEM的重要手段，高精度DEM数据的获取很大程度上也取决于各类定标技术的保障。目前最为常用的星载合成孔径雷达干涉定标方法是通过建立多项式模型快速校正干涉参数误差，以提高DEM精度。但这种方法只能在一定程度上提高DEM的高程精度，无法评价DEM平面精度。目前最为常用的星载合成孔径雷达干涉定标方法主要思路是：先系统分析各项干涉参数对DEM精度的影响，然后根据各干涉参数特性建立基于相应的误差多项式模型，再利用各多项式模型对粗DEM进行校正，最终提高DEM精度。这种基于误差项分析的星载合成孔径雷达干涉定标方法能够提高DEM数据的高程精度，但这种方法一方面忽视了控制点的平面信息，另一方面多项式模型构建较为复杂。难以获得任意区域的大量定标点数据。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法，包括如下步骤：S1：确定合成孔径雷达三维重建模型待定标参数，包括基线参数b、斜矩参数r、多普勒参数f、干涉相位参数S2：建立用于基线参数表示的TCN坐标系、用于合成孔径雷达三维重建进行视向量分解的VPQ坐标系、地心空间直角坐标系XYZ坐标系，构建星载X波段合成孔径雷达三维重建模型；S3：计算待定标参数的敏感度系数，求解星载X波段合成孔径雷达三维重建模型；S4：采用正则化方法改进星载X波段合成孔径雷达三维重建模型；S5：求解改进星载X波段合成孔径雷达三维重建模型。进一步的，所述S2步骤包括：S21：建立用于基线参数表示的TCN坐标系、用于合成孔径雷达三维重建进行视向量分解的VPQ坐标系、地心空间直角坐标系XYZ坐标系，设：C方向基线初值为bc0、速率为vc0，N方向基线初值为bn0、速率初值为vn0，初始斜矩为r0，f0、f1、f2分别为多普勒频率对地心空间直角坐标系X、Y、Z方向分量，S为合成孔径雷达天线相位中心在地心空间直角坐标系中的矢量，P为目标点在地心空间直角坐标系中的位置矢量，R1为S到目标点P的矢量；设目标点在地心空间直角坐标系中的速度为v，其在坐标轴的分量分别为vxi、vyi、vzi；是在根据待定标参数计算得到的三维坐标；[PxiPyiPzi]是控制点提供的三维坐标；设：S22：合成孔径雷达三维重建模型方程：则三维重建模型方程为：进一步的，所述敏感度系数为三维重建模型对待定标参数的偏导，包括如下步骤：S31：所述基线参数包括平行基线与垂直基线，设：平行基线为bv，垂直基线为bpv，B为载机坐标系的基线向量，b为空间直角坐标系的基线向量，rv为视向量在V轴方向上的单位视向量投影分量，rp为视向量在P轴方向上的单位视向量投影分量，rq为视向量在Q轴方向上的单位投影视向量分量，r0为初始斜矩，fdop为多普勒中心频率；S32：(1)对基线参数求偏导：平行基线对基线参数求导：垂直基线对基线参数求导：(2)对初始斜矩参数求偏导：其中，单位视向量投影分量对初始斜矩的导数为：(3)对多普勒频率参数求偏导：(4)对干涉相位参数求偏导：进一步的，所述S4步骤包括：设：矩阵A为待定标参数对三维坐标的敏感度系数，三维模型方程曲线曲率为k(λ)，λ为待定标参数下的三维模型方程曲线曲率最大时的最优模型参数，x为则改进后的正则化思想方程的解，I为单位矩阵，b为原方程的解，则x＝(A+λI)-1b。进一步的，所述三维模型方程曲线曲率为：其中u＝||xλ||，v＝||Axλ-b||，当k(λ)最大时对应的λ即是所述最优模型参数。本专利技术的有益效果在于：本专利技术有效解决了难以获得任意区域的大量定标点数据的问题；避免敏感度矩阵病态导致定标模型解算失败的现象发生；采用正则化方法改进干涉定标模型，可保证在定标参数较多的条件下，获取精确的参数改正值，得到可靠的方程解，从根本上提高合成孔径雷达获取的DEM数据的高程精度和平面精度，提供高质量的数字高程模型数据服务。附图说明图1是一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法流程图。图2是星载InSAR地形测绘几何关系示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法，合成孔径雷达三维重建模型中涉及的干涉参数主要有基线、斜距、多普勒频率、解缠相位、主星位置和主星速度。下面针对星载X波段SAR卫星平台，以TanDEM-X影像的系统参数为例，对这6项参数的特性和误差来源进行分析：(1)基线误差已有研究表明，交叉轨干涉测量中顺轨方向基线误差可在配准阶段消除，所以无需考虑。将干涉基线分解至TCN坐标系，T方向与顺轨方向一致，因此无需对T方向分量定标，只需对C方向、N方向基线分量定标。基线是一个随时间变化的量，因此可将基线分解为基线初值和与时间相关的基线速率，用一阶多项式表示基线的变化情况。TanDEM-X任务中为了减小DEM相对高程误差，设定的最优基线精度是1毫米，实际星间基线测量精度只能达到在2至4毫米量级，这和设定精度还有一定的差距。基线精度和合成孔径雷达高程测量精度息息相关，是必须进行校正的参数。(2)斜距误差斜距测量通过计算发射脉冲和接收脉冲之间的时间延迟确定。斜距误差对三维重建精度的影响表现为在斜距向的整体降低或抬升，影响平地相位精度。斜距测量误差主要由雷达定时系统误差所引起，属于系统误差，应将其定为待定标参数。(3)多普勒参数误差在TanDEM-X任务中，多普勒频率对X方向影响很小，这是因为在交叉轨干涉测量中，卫星由北向南或由南向北飞行时，与X方向近似垂直。多普勒频率主要影响Y方向和Z方向的测量精度。多普勒系数f0、f1和f2对三维重建精度的影响量级不同。0.001赫兹的f0、f1、f2系数误差对应的多普勒频率误差分别为0.001赫兹，0.0038赫兹和11.027赫兹。所以，系数f2对多普勒频率的影响最大，对三维重建精度的影响更敏感。综合来看，0.1赫兹的多普勒频率误差就会引起0.1米的三维重建误差，多普勒频率对三维重建精度的影响较大，应确定为待定标参数。(4)干涉相位误差干涉相位误差是合成孔径雷达三维重建的另一个误差源。10°左右的相位误差即可产生1米多的高程误差和平面误差，且对平面定位精度的影响更大。干涉相位误差与基线测量误差对测高精度的影响相当，当基线长度较长时，干涉相位误差对高程测量精度起着决定性作用。干涉相位误差中包含残余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：确定合成孔径雷达三维重建模型待定标参数，包括基线参数b、斜矩参数r、多普勒参数f、干涉相位参数

【技术特征摘要】
1.一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：确定合成孔径雷达三维重建模型待定标参数，包括基线参数b、斜矩参数r、多普勒参数f、干涉相位参数S2：建立用于基线参数表示的TCN坐标系、用于合成孔径雷达三维重建进行视向量分解的VPQ坐标系、地心空间直角坐标系XYZ坐标系，构建星载X波段合成孔径雷达三维重建模型；S3：计算待定标参数的敏感度系数，求解星载X波段合成孔径雷达三维重建模型；S4：采用正则化方法改进星载X波段合成孔径雷达三维重建模型；S5：求解改进星载X波段合成孔径雷达三维重建模型。2.根据权利要求1所述一种星载X波段合成孔径雷达干涉定标方法，其特征在于，所述S2步骤包括：S21：建立用于基线参数表示的TCN坐标系、用于合成孔径雷达三维重建进行视向量分解的VPQ坐标系、地心空间直角坐标系XYZ坐标系，设：C方向基线初值为bc0、速率为vc0，N方向基线初值为bn0、速率初值为vn0，初始斜矩为r0，f0、f1、f2分别为多普勒频率对地心空间直角坐标系X、Y、Z方向分量，S为合成孔径雷达天线相位中心在地心空间直角坐标系中的矢量，P为目标点在地心空间直角坐标系中的位置矢量，R1为S到目标点P的矢量；设目标点在地心空间直角坐标系中的速度为v，其在坐标轴的分量分别为vxi、vyi、vzi；是在根据待定标参数计算得到的三维坐标，[PxiPyiPzi]是控制点提供的三维坐标；设：S22：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国祥，张瑞，武帅莹，吴丹芹，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51