基于高程约束和归一化RD方程的机载SAR定位方法技术

本申请涉及一种基于高程约束和归一化RD方程的机载SAR定位方法。所述方法包括：通过SAR成像数据以及飞行器速度数据构建距离约束方程、方位约束方程以及高度约束方程，将这三个约束方程进行联立得到在地心地固坐标系下对地面目标高度进行约束的联立方程组，再利用牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解，并根据局部高程数据对求解结果进行修正，以得到地面目标的精准坐标。采用本方法能够为机载SAR对存在较大地形起伏的地貌区域如山地、丘陵等地面目标定位提供更加精确、稳定的定位结果。稳定的定位结果。稳定的定位结果。

【技术实现步骤摘要】
基于高程约束和归一化RD方程的机载SAR定位方法


[0001]本申请涉及遥感
，特别是涉及一种基于高程约束和归一化RD方程的机载SAR定位方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达（SAR）是一种高分辨率成像雷达，其一般被安装于卫星（星载）或飞机平台（机载）。相比光学等被动成像模式，SAR在目标侦察监测等应用中具有一定的优势。SAR成像所发射的主动微波信号有较强穿透能力，使得SAR成像过程不易受云雨等恶劣天气影响，具有全天时全天候成像的优点。SAR图像还可直接获取目标相对传感器的位置信息，能够提供更多更全面的地面几何信息。在具备SAR成像优点的同时，机载SAR相较于星载SAR还具备观测位置及方式灵活多变等特点，更加适用于地面目标快速侦察定位等实际应用。
[0003]机载SAR目标定位是合成孔径雷达用于导航，火控以及制导等领域的关键技术，其实质是对合成孔径图像中像素点对应的经纬度的求解。传统用于SAR定位的RD方程常与地球椭球方程联立，由于地球半径远大于局部高程，无法有效约束高度。在复杂山地地貌等地形起伏较大的区域，SAR定位精度易受地球曲率及地形起伏影响。在无地面控制点的情况下直接基于SAR成像参数进行快速精确的目标点位置解算仍是一个富有挑战性的工作。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提升SAR目标直接定位精度和鲁棒性的基于高程约束和归一化RD方程的机载SAR定位方法。
[0005]一种基于高程约束和归一化RD方程的机载SAR定位方法，所述方法包括：获取成像数据以及飞行器速度数据，所述成像数据由飞行器搭载的合成孔径雷达对地面目标进行探测得到；根据所述成像数据进行求解得到所述地面目标相对于合成孔径雷达的距离关系，并在地心地固坐标系下构建距离约束方程，还引入地球椭球模型构建高度约束方程；根据所述成像数据以及飞行器速度数据在地心地固坐标系下建立方位约束方程；根据所述距离约束方程、高度约束方程以及方位约束方程进行联立得到在地心地固坐标系下对地面目标高度进行约束的联立方程组；利用牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解得到地面目标的近似坐标，将该坐标转换到WGS
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84坐标系下由经度、纬度以及高度进行表达；根据预设的阈值对地面目标的高度以及局部高程数据之间的差值进行对比，若差值大于所述阈值，则使用局部高程数据对所述近似坐标进行修正后重新进行牛顿迭代，若差值小于所述阈值则所述近似坐标为地面目标的精准坐标，以实现对地面目标的定位。
[0006]在其中一实施例中，在利用所述牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解时，根据所述成像数据采用大距离作用下的目标快速定位算法计算得到地面目标的粗略位置坐标，并将所述粗略位置坐标作为牛顿迭代法的初始坐标。
[0007]在其中一实施例中，在利用所述牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解时，在每次迭代过程中，坐标修正量由雅可比矩阵计算得到，其中，将所述雅可比矩阵进行归一化处理。
[0008]在其中一实施例中，所述使用局部高程数据对所述近似坐标进行修正后重新进行牛顿迭代包括：根据所述近似坐标转换后得到的高度在所述局部高程数据中找到对应的真实高度；根据所述真实高度以及其对应的真实经度和真实纬度进行坐标转换，以地心地固坐标系进行表示，将转换后的坐标重新进行牛顿迭代。
[0009]在其中一实施例中，所述距离约束方程表示为：，在上式中，表示所述飞行器在地心地固坐标系下的位置坐标，表示所述地面目标在地心地固坐标系下的位置坐标，表示所述飞行器与地面目标之间的距离。
[0010]在其中一实施例中，所述高度约束方程表示为：，在上式中，和分别表示WGS
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84坐标系下地球椭球的长短和半轴，表示地面目标的高度。
[0011]在其中一实施例中，所述方位约束方程表示为：，在上式中，表示合成孔径雷达多普勒中心频率，表示合成孔径雷达发射脉冲中心波长，表示飞行器速度数据。
[0012]一种基于高程约束和归一化RD方程的机载SAR定位装置，所述装置包括：数据获取模块，用于获取成像数据以及飞行器速度数据，所述成像数据由飞行器搭载的合成孔径雷达对地面目标进行探测得到；第一约束方程构建模块，用于根据所述成像数据进行求解得到所述地面目标相对于合成孔径雷达的距离关系，并在地心地固坐标系下构建距离约束方程，还引入地球椭球模型构建高度约束方程；第二约束方程构建模块，用于根据所述成像数据以及飞行器速度数据在地心地固坐标系下建立方位约束方程；联立方程组构建模块，用于根据所述距离约束方程、方位约束方程以及高度约束方程进行联立得到在地心地固坐标系下对地面目标高度进行约束的联立方程组；近似坐标求解模块，用于利用牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解得到地面目标的近似坐标，将该坐标转换到WGS
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84坐标系下由经度、纬度以及高度进行表达；精准坐标求解模块，用于根据预设的阈值对地面目标的高度以及局部高程数据之
间的差值进行对比，若差值大于所述阈值，则使用局部高程数据对所述近似坐标进行修正后重新进行牛顿迭代，若差值小于所述阈值则所述近似坐标为地面目标的精准坐标，以实现对地面目标的定位。
[0013]一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：获取成像数据以及飞行器速度数据，所述成像数据由飞行器搭载的合成孔径雷达对地面目标进行探测得到；根据所述成像数据进行求解得到所述地面目标相对于合成孔径雷达的距离关系，并在地心地固坐标系下构建距离约束方程，还引入地球椭球模型构建高度约束方程；根据所述成像数据以及飞行器速度数据在地心地固坐标系下建立方位约束方程；根据所述距离约束方程、方位约束方程以及高度约束方程进行联立得到在地心地固坐标系下对地面目标高度进行约束的联立方程组；利用牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解得到地面目标的近似坐标，将该坐标转换到WGS
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84坐标系下由经度、纬度以及高度进行表达；根据预设的阈值对地面目标的高度以及局部高程数据之间的差值进行对比，若差值大于所述阈值，则使用局部高程数据对所述近似坐标进行修正后重新进行牛顿迭代，若差值小于所述阈值则所述近似坐标为地面目标的精准坐标，以实现对地面目标的定位。
[0014]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取成像数据以及飞行器速度数据，所述成像数据由飞行器搭载的合成孔径雷达对地面目标进行探测得到；根据所述成像数据进行求解得到所述地面目标相对于合成孔径雷达的距离关系，并在地心地固坐标系下构建距离约束方程，还引入地球椭球模型构建高度约束方程；根据所述成像数据以及飞行器速度数据在地心地固坐标系下建立方位约束方程；根据所述距离约束方程、方位约束方程以及高度约束方程进行联立得到在地心地固坐标系下对地面目标高度进行约束的联立方程组；利用牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解得到地面目标的近似坐标，将该坐标转换到WGS
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84坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高程约束和归一化RD方程的机载SAR定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取成像数据以及飞行器速度数据，所述成像数据由飞行器搭载的合成孔径雷达对地面目标进行探测得到；根据所述成像数据进行求解得到所述地面目标相对于合成孔径雷达的距离关系，并在地心地固坐标系下构建距离约束方程，还引入地球椭球模型构建高度约束方程；根据所述成像数据以及飞行器速度数据在地心地固坐标系下建立方位约束方程；根据所述距离约束方程、方位约束方程以及高度约束方程进行联立得到在地心地固坐标系下对地面目标高度进行约束的联立方程组；利用牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解得到地面目标的近似坐标，将该坐标转换到WGS
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84坐标系下由经度、纬度以及高度进行表达；根据预设的阈值对地面目标的高度以及局部高程数据之间的差值进行对比，若差值大于所述阈值，则使用局部高程数据对所述近似坐标进行修正后重新进行牛顿迭代，若差值小于所述阈值则所述近似坐标为地面目标的精准坐标，以实现对地面目标的定位。2.根据权利要求1所述的机载SAR定位方法，其特征在于，在利用所述牛顿迭代法对所述联立方程组进行求解时，根据所述成像数据采用大距离作用下的目标快速定位算法计算得到地面目标的粗略位置坐标，并将所述粗略位置坐标作为牛顿迭代法的初始坐标。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕锡超，刘学聪，王靖皓，王硕，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：