附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法技术

本发明专利技术涉及一种附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法，其特征在于，包括以下步骤：采集控制点；基于拟合方法对所述控制点进行拟合，获得控制点的附加几何约束；构建初始SAR对地定位模型；建立具有像素坐标和大地坐标的控制点对数据库；计算所述初始SAR对地定位模型的几何定位误差；建立SAR几何定标模型；求解所述SAR几何定标模型获得几何定标参数，从而实现SAR几何定标。与现有技术相比，本发明专利技术具有减小DOM采集控制点的误差、提高SAR几何定标精度等优点。标精度等优点。标精度等优点。

【技术实现步骤摘要】
附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法


[0001]本专利技术涉及遥感影像领域，尤其是涉及一种附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)卫星对地定位精度提升有助于提升SAR影像的应用范围和SAR卫星的效益。常见的提升SAR影像对地定位精度的方法有基于地面控制点的几何纠正法，区域网平差法，以及几何定标法等。由于几何纠正法仅能逐景进行效率较低，区域网平差法仅需要少量地面控制点，但是需要花费大量计算时间以提取同名连接点，且仅能改善区域内的定位精度。几何定标法
[0003]SAR几何定标需要采用地面控制点以解算几何定标参数，因此地面控制点的精度直接影响着几何定标的可靠性。为了获取可信的几何定标参数，常常需要在大范围场地内布设角反射器以获取高精度地面控制点。但是存在着合适的场地有限，角反射器设备制造成本高，野外测量工作量大的问题。因此目前有大量研究基于数字正射影像(Digital Orthophoto Map，DOM)和数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)来获取三维地面控制信息，该方法仅需在SAR影像和DOM上分别寻找到同名点，再采用刺点的方式在DOM上获取平面大地坐标，基于此平面大地坐标在DEM中采用内插算法获取高程值。至此可以获取控制点的三维大地坐标。像方的像素坐标则是通过灰度质心等方法获取亚像素精度的坐标。结合同名点的大地坐标和像素坐标形成控制点对，用于几何定标模型的解算。/>[0004]考虑DOM结合DEM获取地面控制点尽管较为渐变，但存在着较大的不确定性，如DOM刺点误差通常可以达到1个像素，这将严重影响SAR几何定标可靠性。目前已经有研究将光学相机和激光雷达设备结合获取陌生环境内设备的位置并建立地图，这一过程中光学相机和激光雷达设备同时对周围环境进行观测，利用环境中存在的直线特征，可以用于校准光学相机和激光雷达的成像参数，提高定位和建图的精度。也有研究根据光学卫星影像中的建筑物阴影和屋屋脊线等直线特征进行卫星内外参数的优化。然而在SAR几何定标领域未见相关研究。因此还需要进一步探索在SAR几何定标过程中考虑地面控制点几何约束的研究以减弱DOM刺点误差对几何定标的影响并提高几何定标精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种减弱DOM中采集的控制点误差对几何定标的影响，提高SAR几何定标精度的附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法，包括以下步骤：
[0008]基于收集的SAR影像和DOM采集控制点，或根据现实先验信息采集控制点；
[0009]基于拟合方法对所述控制点进行拟合，获得控制点的附加几何约束；
[0010]根据所述SAR影像的SAR影像辅助文件、SAR成像参数和SAR卫星轨道文件构建初始SAR对地定位模型；
[0011]在SAR影像预处理后的SAR强度影像和DOM中采集同名像点，建立具有像素坐标和大地坐标的控制点对数据库；
[0012]基于所述控制点对数据库计算所述初始SAR对地定位模型的几何定位误差；
[0013]基于分析所述几何定位误差和SAR成像机理，确定SAR影像对地几何定位误差，并基于所述初始SAR对地定位模型和附加几何约束建立SAR几何定标模型；
[0014]求解所述SAR几何定标模型获得几何定标参数，从而实现SAR几何定标。
[0015]进一步地，所述的附加几何约束包括附加直线约束、附加圆形约束和附加椭圆约束。
[0016]进一步地，获得控制点的附加几何约束的具体步骤包括：
[0017]将所述控制点进行分类，建立隐含约束的控制点集，并分别建立拟合模型；
[0018]基于所述拟合模型对所述控制点集进行拟合，获得统计参数；
[0019]基于所述统计参数计算每个控制点的拟合残差；
[0020]基于所述拟合残差，粗差剔除舍弃阈值大于预设阈值且控制点数量小于预设数量的点集，最终形成控制点的附加几何约束。
[0021]进一步地，所述初始SAR对地定位模型为：
[0022][0023]式中，R为观测目标和传感器之间的斜距，(Xs,Ys,Zs)为对某目标成像时刻传感器的空间直角坐标，(X
g
,Y
g
,Z
g
)为地面某目标的物方空间坐标，也即采集的控制点，R0是距离向起始斜距，x是距离向像方坐标，(x,y)为在SAR影像中采集的高精度亚像素坐标，P
r
为距离向斜距分辨率；f
d
为成像时刻卫星平台和观测目标之间存在的多普勒中心频率，P
sc
和V
sc
分别为传感器的位置和速度矢量，P
gc
和V
gc
分别为观测目标的位置和速度矢量；a和b分别为参考椭球的长短半轴，h为观测目标的高程，λ为雷达波长；
[0024]所述初始SAR对地定位模型的条件方程为：
[0025][0026]式中，x为SAR影像列号，c为光速，f
r
为系统距离向采样频率。
[0027]进一步地，所述控制点对数据库分为控制点数据库和检查点数据库。
[0028]进一步地，所述的几何定位误差包括物方定位误差和像方定位误差，所述的物方定位误差为控制点对的像素坐标转到大地坐标与控制点对的大地坐标的差值，所述的像方定位误差为所述控制点对的大地坐标转到像素坐标与控制点对的像素坐标的差值。
[0029]进一步地，所述的SAR几何定标模型的表达式为：
[0030][0031]式中，i为SAR影像中点目标列坐标，j为SAR影像中点目标行坐标，t
r
为SAR影像第i列的成像时间，t
r0
为SAR影像第一列成像时间，Δtr为斜距向成像时间改正值，t
delay
为大气延迟时间，f
r
为系统距离向采样频率；t
a
为SAR影像第j行的成像时间，t
a0
为SAR影像第一行成像时间，Δta为方位向成像时间改正值，f
a
为SAR卫星脉冲重复频率；
[0032]所述的SAR几何定标模型的条件方程为：
[0033][0034]其中，t
r0
为SAR影像第一列的成像时间，c为光速，t
delay
为计算的大气延迟时间，Δt
r
为SAR斜距时间改正值，x为SAR影像列坐标，f
r
为系统距离向采样频率，λ为雷达波长，R
sc
和V
sc
分别为SAR卫星轨道位置矢量和速度矢量，R
gc
和V...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法，其特征在于，包括以下步骤：基于收集的SAR影像和DOM采集控制点，或根据现实先验信息采集控制点；基于拟合方法对所述控制点进行拟合，获得控制点的附加几何约束；根据所述SAR影像的SAR影像辅助文件、SAR成像参数和SAR卫星轨道文件构建初始SAR对地定位模型；在SAR影像预处理后的SAR强度影像和DOM中采集同名像点，建立具有像素坐标和大地坐标的控制点对数据库；基于所述控制点对数据库计算所述初始SAR对地定位模型的几何定位误差；基于分析所述几何定位误差和SAR成像机理，确定SAR影像对地几何定位误差，并基于所述初始SAR对地定位模型和附加几何约束建立SAR几何定标模型；求解所述SAR几何定标模型获得几何定标参数，从而实现SAR几何定标。2.根据权利要求1所述的一种附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法，其特征在于，所述的附加几何约束包括附加直线约束、附加圆形约束和附加椭圆约束。3.根据权利要求1所述的一种附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法，其特征在于，获得控制点的附加几何约束的具体步骤包括：将所述控制点进行分类，建立隐含约束的控制点集，并分别建立拟合模型；基于所述拟合模型对所述控制点集进行拟合，获得统计参数；基于所述统计参数计算每个控制点的拟合残差；基于所述拟合残差，粗差剔除舍弃阈值大于预设阈值且控制点数量小于预设数量的点集，最终形成控制点的附加几何约束。4.根据权利要求1所述的一种附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法，其特征在于，所述初始SAR对地定位模型为：式中，R为观测目标和传感器之间的斜距，(Xs,Ys,Zs)为对某目标成像时刻传感器的空间直角坐标，(X
g
,Y
g
,Z
g
)为地面某目标的物方空间坐标，也即采集的控制点，R0是距离向起始斜距，x是距离向像方坐标，(x,y)为在SAR影像中采集的高精度亚像素坐标，P
r
为距离向斜距分辨率；f
d
为成像时刻卫星平台和观测目标之间存在的多普勒中心频率，P
sc
和V
sc
分别为传感器的位置和速度矢量，P
gc
和V
gc
分别为观测目标的位置和速度矢量；a和b分别为参考椭球的长短半轴，h为观测目标的高程，λ为雷达波长；所述初始SAR对地定位模型的条件方程为：
式中，x为SAR影像列号，c为光速，f
r
为系统距离向采样频率。5.根据权利要求1所述的一种附加控制点几何约束的星载SAR几何定标方法，其特征在于，所述控制点对...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯永玖，雷振坤，席梦镕，童小华，谢欢，许雄，王超，金雁敏，柳思聪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：