基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法及系统，根据星载SAR定位过程中多源误差的时空特性，即在一定区域范围内，其系统误差、传播路径误差和地球模型误差具有空间相关性，且雷达坐标系内三个方向坐标相互独立，利用单个角反射器的信号进行误差计算，从而实现整景SAR数据简单有效的高精度定位。该方法不依赖于逐一改正系统误差、地球模型和传播途径延迟误差，利用地面角反射器建立统一改正模型，实现星载SAR影像目标的三维高精度定位。本方法提供了SAR影像目标的精密定位坐标，为SAR对地观测结果在地理坐标系的解译和与其他大地测量数据融合提供基础。本发明专利技术有效提升星载SAR影像中目标点的三维定位精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法及系统


[0001]本专利技术属于卫星遥感
，涉及一种SAR卫星目标三维精密定位误差改正方法及系统，具体涉及一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法及系统。

技术介绍

[0002]星载合成孔径雷达(SAR)是搭载在卫星上的主动式微波侧视成像雷达，因其具有大范围、全天时、全天候的对地观测能力，是地表信息获取的重要手段。
[0003]星载SAR成像过程是通过卫星搭载传感器收集观测区域的后向散射信号，完成从三维观测场景到二维的影像的过程。而当从SAR影像中目标点计算地面位置的过程，则是寻求从二维影像到三维空间的过程，是逆向求解。
[0004]目前，星载SAR目标点三维坐标求解过程主要利用距离
‑
多普勒定位模型，假设SAR目标满足距离、多普勒和地球模型，依赖于外部高程数据辅助，且该过程还受到地球模型误差、成像系统误差、传播途径延迟等多种因素影响，获取的三维定位的精度较低，往往是几米到几十米。已有的定位误差改正方法，通过逐个计算定位过程中的地球物理误差项和系统误差项来获得改正量，然而这个方法缺乏对高程向的偏差改正量，仍然难以获取高精度的星载SAR目标三维定位结果，尤其难以满足城市场景中的精细监测需求。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法及系统。
[0006]本专利技术的方法所采用的技术方案是：一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取星载SAR影像及其成像参数和轨道数据；所述成像参数包括初始成像方位向时刻t
a,0
，初始成像距离向时刻t
r,0
，脉冲重复频率PRF，距离采样率RSF，卫星运动速度v
s/c
和微波传播速度v0；
[0008]步骤2：在频率域重建SAR影像信息，检测SAR影像中目标点T，确定目标点在二维雷达图像坐标，即行列二维的亚像素坐标值(l
T
,p
T
)；
[0009]步骤3：以SAR影像成像参数数据将亚像素坐标值(l
T
,p
T
)转换到二维雷达几何坐标，即雷达方位向和距离向的坐标值(a
T
,r
T
)；
[0010]步骤4：获取目标点的雷达高程坐标c
T
，获得目标点三维雷达坐标(a
T
,r
T
,c
T
)；
[0011]步骤5：将角反射器的大地坐标(X
CR
,Y
CR
,H
CR
)按照SAR影像成像参数和轨道数据反算目标点雷达坐标(a
CR
,r
CR
,c
CR
)，与SAR影像数据中估计的目标点三维雷达坐标对应，将角反射器大地坐标反演的雷达坐标与SAR影像中估计的雷达坐标的差值量作为总误差进行改正，获得改正参数(Δa,Δr,Δc)，将改正参数应用到所有SAR影像数据估计的目标点三维雷达坐标(a
T
+Δa,r
T
+Δr,c
T
+Δc)；
[0012]步骤6：将(a
T
+Δa,r
T
+Δr,c
T
+Δc)输入迭代距离
‑
多普勒
‑
地球椭球模型中计算目
标点在大地坐标系的三维坐标值(X
T
,Y
T
,H
T
)。
[0013]本专利技术的系统所采用的技术方案是：一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正系统，包括以下模块：
[0014]模块1，用于获取星载SAR影像及其成像参数和轨道数据；所述成像参数包括初始成像方位向时刻t
a,0
，初始成像距离向时刻t
r,0
，脉冲重复频率PRF，距离采样率RSF，卫星运动速度v
s/c
和微波传播速度v0；
[0015]模块2，用于在频率域重建SAR影像信息，检测SAR影像中目标点T，确定目标点在二维雷达图像坐标，即行列二维的亚像素坐标值(l
T
,p
T
)；
[0016]模块3，用于以SAR影像成像参数数据将亚像素坐标值(l
T
,p
T
)转换到二维雷达几何坐标，即雷达方位向和距离向的坐标值(a
T
,r
T
)；
[0017]模块4，用于获取目标点的雷达高程坐标c
T
，获得目标点三维雷达坐标(a
T
,r
T
,c
T
)；
[0018]模块5，用于将角反射器的大地坐标(X
CR
,Y
CR
,H
CR
)按照SAR影像成像参数和轨道数据反算目标点雷达坐标(a
CR
,r
CR
,c
CR
)，与SAR影像数据中估计的目标点三维雷达坐标对应，将角反射器大地坐标反演的雷达坐标与SAR影像中估计的雷达坐标的差值量作为总误差进行改正，获得改正参数(Δa,Δr,Δc)，将改正参数应用到所有SAR影像数据估计的目标点三维雷达坐标(a
T
+Δa,r
T
+Δr,c
T
+Δc)；
[0019]模块6，用于将(a
T
+Δa,r
T
+Δr,c
T
+Δc)输入迭代距离
‑
多普勒
‑
地球椭球模型中计算目标点在大地坐标系的三维坐标值(X
T
,Y
T
,H
T
)。
[0020]本专利技术利用星载SAR定位过程中误差的时空特性，即在一定区域范围内，其系统误差、大气延迟和地球模型误差具有空间相关性，且雷达坐标系内三个方向坐标相互独立。因此，在三维雷达坐标系的开展误差改正，在SAR数据获取范围内利用单个角反射器的信号进行误差计算，从而实现整景SAR数据简单有效的高精度定位。
[0021]本专利技术的优点：
[0022]1.本专利技术适可用于任一种卫星传感器获取的SAR数据三维精密定位改正。
[0023]2.本专利技术只需要一个角反射的坐标位置作为输入，即可对整景SAR数据中的目标实现高精度定位，无需逐一改正系统误差、大气延迟和地球模型误差。
[0024]3.本专利技术仅依赖单个角反射器的数据，结果精度高且计算简易快捷，便于工程应用推广。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例的方法原理图。
具体实施方式
[0026]为了便于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取星载SAR影像及其成像参数和轨道数据；所述成像参数包括初始成像方位向时刻t
a，0
，初始成像距离向时刻t
r，0
，脉冲重复频率PRF，距离采样率RSF，卫星运动速度v
s/c
和微波传播速度v0；步骤2：在频率域重建SAR影像信息，检测SAR影像中目标点T位置，确定目标点在二维雷达图像坐标，即行列二维的亚像素坐标值(l
T
，p
T
)；步骤3：以SAR影像成像参数数据将亚像素坐标值(l
T
，p
T
)转换到二维雷达几何坐标，即雷达方位向和距离向的坐标值(a
T
，r
T
)；步骤4：获取目标点的雷达高程坐标印，获得目标点三维雷达坐标(a
T
，r
T
，c
T
)；步骤5：将角反射器的大地坐标(X
CR
，Y
CR
，H
CR
)按照SAR影像成像参数和轨道数据反算目标点雷达坐标(a
CR
，r
CR
，c
CR
)，与SAR影像数据中估计的目标点三维雷达坐标对应，将角反射器大地坐标反演的雷达坐标与SAR影像中估计的雷达坐标的差值量作为总误差进行改正，获得改正参数(Δa，Δr，Δc)，将改正参数应用到所有SAR影像数据估计的目标点三维雷达坐标(a
T
+Δa，r
T
+Δr，c
T
+Δc)；步骤6：将(a
T
+Δa，r
T
+Δr，c
T
+Δc)输入迭代距离
‑
多普勒一地球椭球模型中计算目标点在大地坐标系的三维坐标值(X
T
，Y
T
，H
T
)。2.根据权利要求1所述的基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法，其特征在于：步骤2中，亚像素坐标值的确定是利用快速频率域插值法在重建SAR切片影像信息获得；输入目标点领域内7
×
7的像素点f＝{f(x1)，
…
f(x
i
)，
…
f(x
n
)}，x
i
＝(l
i
，p
i
)，i＝1∶7，通过离散傅里叶变换将信号转换到频率域内，在频率域内的补零操作实现信号快速插值，再通过逆傅里叶变换将信号转换到空间域，获得空间域内重建的512
×
512像素的SAR切片影像；目标的位置通过在重建的小区域影像内搜索的信号最强位置确定，再反算回SAR影像图像坐标的像素位置，获得目标的亚像素浮点坐标值。3.根据权利要求1所述的基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法，其特征在于：步骤3中，雷达影像坐标到雷达几何坐标转换中，距离向坐标计算如下：针对方位向坐标，将卫星平台运动速度v
s/c
投影到地面运行轨迹速度v
g/t
并且采用时间维积分的方式提高方位向的几何坐标计算的精度：4.根据权利要求1所述的基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法，其特征在于：步骤4中，n景SAR影像数据构成多基线干涉SAR影像数据集，形成干涉相位矩阵n景SAR影像数据构成多基线干涉SAR影像数据集，形成干涉相位矩阵基线矩阵和距离矩阵λ是传感器工作波
长；基于相位质量定权的最小二乘估计获取目标点的雷达高程坐标基于相位质量定权的最小二乘估计获取目标点的雷达高程坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梦诗，李梦华，王茹，温明淳，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：