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一种星载合成孔径雷达影像的区域网平面平差方法技术

技术编号:21032101 阅读:53 留言:0更新日期:2019-05-04 04:39
本发明专利技术公开了一种星载合成孔径雷达影像的区域网平面平差方法,本发明专利技术采用RPC模型替代原有的R‑D模型,避免了针对不同卫星平台的分别参数设置,实现了各类影像类型的统一处理,有助于提升在实际生产中的生产效率;同时利用区域网平差技术对SAR影像的几何定位不一致进行补偿,使得最终成果影像之间重叠区域的接边精度和与地理参考之间的绝对定位精度都能够满足精度要求,保障实际生产中产品数据的精度可靠性;此外,在转化成RPC模型之后,利用数字高程模型对前方交会过程进行高程方向的约束,解决了高程解算异常的问题,保障整个结果可靠性。

A Method of Area Network Plane Adjustment for Spaceborne SAR Images

The invention discloses a regional network plane adjustment method for space-borne synthetic aperture radar images. The RPC model is used instead of the original R D model, avoiding the setting of different parameters for different satellite platforms, realizing the unified processing of various image types, which is helpful to improve the production efficiency in actual production; and the geometry of SAR images is also improved by using the regional network adjustment technology. By compensating for the inconsistency of positioning, the accuracy of overlapping areas and absolute positioning accuracy between the final image and geographical reference can meet the accuracy requirements and ensure the accuracy and reliability of product data in actual production. In addition, after transforming into RPC model, the digital elevation model is used to restrict the elevation direction of the forward rendezvous process, and the elevation solution is solved. Calculate abnormal problems to ensure the reliability of the whole result.

【技术实现步骤摘要】
一种星载合成孔径雷达影像的区域网平面平差方法
本专利技术涉及摄影测量
,特别是涉及一种星载合成孔径雷达影像的区域网平面平差方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,以下简称为SAR)是现代雷达技术的重要发展方向之一,星载SAR作为其应用平台的一种,其应用领域正在快速的拓展和深入,包括环境监测、陆地测图、自然资源探测、灾害管理以及海洋测绘等。与光学、红外成像相比,星载SAR具有多极化、全天时、全天候成像等独特优点。近来,国内外新一代的高分辨率星载SAR卫星先后成功发射,其成像系统性能不断提升,星载SAR影像摄影测量应用价值越来越高。当前,星载SAR技术的研究与应用是我国对地观测领域重点发展的方向。我国的星载SAR技术正处于一个追赶世界先进水平的阶段,因此研究如何利用区域网平差技术解决其影像之间的几何定位差异在实际的生产处理中具有重要的意义。传统的星载SAR影像的处理主要基于距离-多普勒模型(以下简称为R-D模型),然而由于卫星平台,工作模式的不同,利用R-D模型在实际的生产工作中需要根据不同的卫星平台参数进行相应的设置,难以满足通用化统一处理流程的需求,制约其大规模的实际运用。而有理多项式模型(RationalPolynomialCoefficient,以下简称为RPC模型),是一种通用的卫星遥感影像的几何模型,是在充分利用卫星遥感影像附带的辅助参数基础上,根据构建的严格成像几何模型进行拟合而得到的广义传感器模型。因此,利用RPC模型替代原有的R-D模型,能够实现不同卫星平台SAR影像的通用处理,对于大规模运用SAR影像解决实际生产需要,提升其利用价值具有重要意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足,本专利技术提供了一种星载合成孔径雷达影像的区域网平面平差方法。本专利技术所采用的技术方案是:步骤1,读取卫星CCD阵列影像,选择相邻卫星影像重叠区域的同名点作为影像间的连接点,根据控制点位信息在卫星影像上刺出控制点和检查点,并将连接点、控制点和检查点的坐标信息存成相应的点文件;步骤2,读取卫星CCD阵列影像的RPC参数文件、连接点文件、控制点文件和检查点文件,得到卫星CCD阵列影像的RPC模型以及控制点和检查点的地面坐标、影像坐标和连接点的像点坐标;步骤3,确定地面点坐标和像方变换模型的初值,在确定地面点坐标时采用DEM约束的前方交会方法迭代得到;步骤4,利用量测得到像点坐标和对应的地面点坐标,针对连接点和控制点分别对定向参数和地面点坐标求偏导并逐点构建误差方程,并将构建的误差方程进行法化;步骤5,对法方程利用谱修正法迭代估计求解改正定向参数和地面点坐标;步骤6,利用更新的影像连接点地面点坐标和影像定向参数,重复步骤3-步骤5,通过迭代过程不断更新地面点坐标和影像定向参数,当满足定向参数中的平移参数均小于阈值时,整个平差迭代结束;当不满足预设条件时,返回步骤3继续迭代计算,直到满足迭代收敛条件;如果迭代次数达到预设迭代次数,仍然不能收敛,那么迭代结束;步骤7,每完成一次平差迭代时,计算出检查点对应的地面点坐标,并同时计算此次平差能达到的物方精度;计算连接点的像方误差,统计本次迭代能达到的像方精度;步骤8,当整个平差迭代结束时,输出所计算得到的定向参数改正数,以及平差物方精度和像方精度的精度报告,根据精度报告对平差效果进行评价。步骤2中利用影像的RPC文件里的模型参数,构建影像的RPC模型,其中RPC模型定义如下:式(1)中:(P,L,H)为正则化地面点坐标,与非正则化的地面点坐标(Latitude,Longitude,Height),以下简写(lat,lon,h)的关系如式(2);(x,y)表示正则化影像坐标,与非正则化的影像坐标(s,1)的关系如式(3);NumL(P,L,H)、DenL(P,L,H)、Nums(P,L,H)、Dens(P,L,H)为三次多项式,不具有实际物理意义,下标L和S分别代表影像列和行:NumL(P,L,H)=n1+n2L+n3P+n4H+n5LP+n6LH+n7PH+n8L2+n9P2+n10H2+n11PLH+n12L3+n13LP2+n14LH2+n15L2P+n16P3+n17PH2+n18L2H+n19P2H+n20H3DenL(P,L,H)=m1+m2L+m3P+m4H+m5LP+m6LH+m7PH+m8L2+m9P2+m10H2+m11PLH+m12L3+m13LP2+m14LH2+m15L2P+m16P3+m17PH2+m18L2H+m19P2H+m20H3Nums(P,L,H)=c1+c2L+c3P+c4H+c5LP+c6LH+c7PH+c8L2+c9P2+c10H2+c11PLH+c12L3+c13LP2+c14LH2+c15L2P+c16P3+c17PH2+c18L2H+c19P2H+c20H3Dens(P,L,H)=d1+d2L+d3P+d4H+d5LP+d6LH+d7PH+d8L2+d9P2+d10H2+d11PLH+d12L3+d13LP2+d14LH2+d15L2P+d16P3+d17PH2+d18L2H+d19P2H+d20H3三次多项式的系数n1,…,n20,m1,…,m20,c1,…,c20,d1,…,d20是RPC文件中提供的模型参数,b1和d1通常为1;式(1)中的正则化地面点坐标定义为:式(2)中:LAT_OFF、LAT_SCALE、LONG_OFF、LONG_SCALE、HEIGHT_OFF、HEIGHT_SCALE为RPC文件中包含的地面点坐标正则化模型参数;Latitude表示经度、Longitude表示纬度、Height表示高程,此三项即可代表地面点的空间坐标;式(1)中的正则化影像坐标定义为:式(3)中:SAMP_OFF、SAMP_SCALE、LINE_OFF、LINE_SCALE为RPC文件中包含的影像坐标正则化模型参数;Sample代表影像列坐标,其数值即为s;Line代表影像行坐标,其数值即为l,即影像中的坐标由(s,l)表示。进一步的,步骤3中地面点的三维空间坐标通过逐次迭代计算方法求得,具体步骤包括:1)建立前方交会误差方程,求解地面点坐标改正数,联立式(1)、(2)、(3),得到未正则化的地面坐标和影像坐标的关系式将式(4)按照泰勒级数展开成线性形式:其中s0和l0为地面点p0坐标(lat0,lon0,h0)带入式(1)中得到的投影点影像坐标;p0坐标(lat0,lon0,h0)为迭代的初值;为各偏导项;Δlat,Δlon,Δh为地面点改正数,由于使用DEM数据进行前方交会,因此这里Δh=0,在之后省去相关项;改写式(5)得到误差方程如下:式(6)这里(vs,vl)为影像像点坐标的误差项;多个影像上的同名像点可以分别列出相应的误差方程,联立之后写成矩阵形式如下:V=Ax-l,P(7)这里的P矩阵为权矩阵,这里为单位矩阵;由此可以得到地面点坐标(lat,lon,h)的改正数x=(Δlat,Δlon):x=(ATPA)-1ATPl(8)将式(8)解算得到的改正数x对地面点坐标进行改正,并将新的地面点坐标带入DEM内插得到新的高程,即得到新的地面点p1坐标(lat1,lon1,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种星载合成孔径雷达影像的区域网平面平差方法,其特征在于,包含以下步骤:步骤1,读取卫星CCD阵列影像,选择相邻卫星影像重叠区域的同名点作为影像间的连接点,根据控制点位信息在卫星影像上刺出控制点和检查点,并将连接点、控制点和检查点的坐标信息存成相应的点文件;步骤2,读取卫星CCD阵列影像的RPC参数文件、连接点文件、控制点文件和检查点文件,得到卫星CCD阵列影像的RPC模型以及控制点和检查点的地面坐标、影像坐标和连接点的像点坐标;步骤3,确定地面点坐标和像方变换模型的初值;步骤4,利用量测得到像点坐标和对应的地面点坐标,针对连接点和控制点分别对定向参数和地面点坐标求偏导并逐点构建误差方程,并将构建的误差方程进行法化;步骤5,对法方程利用谱修正法迭代估计求解改正定向参数和地面点坐标;步骤6,利用更新的影像连接点地面点坐标和影像定向参数,重复步骤3‑步骤5,通过迭代过程不断更新地面点坐标和影像定向参数,当满足定向参数中的平移参数均小于阈值时,整个平差迭代结束;当不满足预设条件时,返回步骤3继续迭代计算,直到满足迭代收敛条件;如果迭代次数达到预设迭代次数,仍然不能收敛,那么迭代结束;步骤7,每完成一次平差迭代时,计算出检查点对应的地面点坐标,并同时计算此次平差能达到的物方精度;计算连接点的像方误差,统计本次迭代能达到的像方精度;步骤8,当整个平差迭代结束时,输出所计算得到的定向参数改正数,以及平差物方精度和像方精度的精度报告,根据精度报告对平差效果进行评价。...

【技术特征摘要】
1.一种星载合成孔径雷达影像的区域网平面平差方法,其特征在于,包含以下步骤:步骤1,读取卫星CCD阵列影像,选择相邻卫星影像重叠区域的同名点作为影像间的连接点,根据控制点位信息在卫星影像上刺出控制点和检查点,并将连接点、控制点和检查点的坐标信息存成相应的点文件;步骤2,读取卫星CCD阵列影像的RPC参数文件、连接点文件、控制点文件和检查点文件,得到卫星CCD阵列影像的RPC模型以及控制点和检查点的地面坐标、影像坐标和连接点的像点坐标;步骤3,确定地面点坐标和像方变换模型的初值;步骤4,利用量测得到像点坐标和对应的地面点坐标,针对连接点和控制点分别对定向参数和地面点坐标求偏导并逐点构建误差方程,并将构建的误差方程进行法化;步骤5,对法方程利用谱修正法迭代估计求解改正定向参数和地面点坐标;步骤6,利用更新的影像连接点地面点坐标和影像定向参数,重复步骤3-步骤5,通过迭代过程不断更新地面点坐标和影像定向参数,当满足定向参数中的平移参数均小于阈值时,整个平差迭代结束;当不满足预设条件时,返回步骤3继续迭代计算,直到满足迭代收敛条件;如果迭代次数达到预设迭代次数,仍然不能收敛,那么迭代结束;步骤7,每完成一次平差迭代时,计算出检查点对应的地面点坐标,并同时计算此次平差能达到的物方精度;计算连接点的像方误差,统计本次迭代能达到的像方精度;步骤8,当整个平差迭代结束时,输出所计算得到的定向参数改正数,以及平差物方精度和像方精度的精度报告,根据精度报告对平差效果进行评价。2.如权利要求1所述的一种星载合成孔径雷达影像的区域网平面平差方法,其特征在于:步骤2中利用影像的RPC文件里的模型参数,构建影像的RPC模型,其中RPC模型定义如下:式(1)中:(P,L,H)为正则化地面点坐标,与非正则化的地面点坐标(Latitude,Longitude,Height),以下简写(lat,lon,h)的关系如式(2);(x,y)表示正则化影像坐标,与非正则化的影像坐标(s,l)的关系如式(3);NumL(P,L,H)、DenL(P,L,H)、Nums(P,L,H)、Dens(P,L,H)为三次多项式,不具有实际物理意义,下标L和S分别代表影像列和行:NumL(P,L,H)=n1+n2L+n3P+n4H+n5LP+n6LH+n7PH+n8L2+n9P2+n10H2+n11PLH+n12L3+n13LP2+n14LH2+n15L2P+n16P3+n17PH2+n18L2H+n19P2H+n20H3DenL(P,L,H)=m1+m2L+m3P+m4H+m5LP+m6LH+m7PH+m8L2+m9P2+m10H2+m11PLH+m12L3+m13LP2+m14LH2+m15L2P+m16P3+m17PH2+m18L2H+m19P2H+m20H3Nums(P,L,H)=c1+c2L+c3P+c4H+c5LP+c6LH+c7PH+c8L2+c9P2+c10H2+c11PLH+c12L3+c13LP2+c14LH2+c15L2P+c16P3+c17PH2+c18L2H+c19P2H+c20H3Dens(P,L,H)=d1+d2L+d3P+d4H+d5LP+d6LH+d7PH+d8L2+d9P2+d10H2+d11PLH+d12L3+d13LP2+d14LH2+d15L2P+d16P3+d17PH2+d18L2H+d19P2H+d20H3三次多项式的系数n1,…,n20,m1,…,m20,c1,…,c20,d1,…,d20是RPC文件中提供的模型参数,b1和d1通常为1;式(1)中的正则化地面点坐标定义为:式(2)中:LAT_OFF、LAT_SCALE、LONG_OFF、LONG_SCALE、HEIGHT_OFF、HEIGHT_SCAL...

【专利技术属性】
技术研发人员:张过汪韬阳蒋博洋
申请(专利权)人:武汉大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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