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专利号: 2021112132069
申请人: 安徽大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于对称几何构型约束的星载SAR无场几何定标方法,其特征在于,包括以下步骤:

11)获取对称几何构型影像对:读取影像集元数据文件,筛选对同一区域左右侧视方向不同、升降轨及入射角相同成像的星载SAR立体影像对,或者获取对同一区域左右侧视方向及入射角相同、升降轨不同成像的星载SAR立体影像对;

12)计算距离多普勒几何定位模型参数:根据对称几何构型影像对,计算距离多普勒几何定位模型参数,其包括任意SAR影像像元(x,y)的方位向时间ta参数、斜距R、天线相位中心轨道卫星参数Xphase_WGS84、Yphase_WGS84、Zphase_WGS84、 及多普勒参数fd;

13)建立几何定位模型:针对SAR影像上任意像元(x,y),建立其距离‑多普勒严密几何定位模型;

14)进行无场几何定标准备工作:对称立体SAR影像匹配得到同名点{(xli,yli)(xri,yri)}i≤N,建立立体平差模型,得到同名点对应的地面目标点三维坐标 根据平面坐标 从对应DEM上提取高程h'i,组合成列参考点 完成无场几何定标准备工作;

15)星载SAR无场几何定标的完成:利用生成的SAR影像参考点 对覆盖参考点范围的待标定影像SAR影像I进行标定,建立待标定影像I几何定标模型,对观测像点坐标进行非系统性误差补偿后,利用参考点求解距离向和方位向的系统误差补偿参数,完成定标参数求解。

2.根据权利要求1所述的基于对称几何构型约束的星载SAR无场几何定标方法,其特征在于,所述计算距离多普勒几何定位模型参数包括以下步骤:

21)进行时间参数建模:

获取SAR影像方位向成像起始tstart和脉冲重复频率PRF、影像的近距Rmin和距离采样频率Fs,对任意像元(x,y)来说,其中x为距离向像素坐标,y为影像方位向像素坐标,进而建立方位向时间模型t(y)和距离模型R(x)如下:t(y)=tstart+y/PRF,R(x)=Rmin+c/2·x/Fs,上式中c为光速,其中斜距R=c/2·τ,τ为双程时延;

22)进行轨道参数建模:

获取SAR影像成像起止时间范围并前后拓展m秒的卫星轨道数据,卫星轨道数据判断元数据中标注的是卫星平台质心还是SAR天线相位中心;

若标注为卫星平台质心轨道数据,则添加天线相位中心偏置矩阵Roffset(upahse_body,vphase_body,wphase_body)补偿,转换至SAR天线相位中心轨道数据,公式如下:上式中,Xori、Yori、Zori为元数据中标注的卫星平台质心在WGS84坐标系下的坐标,upahse_body、vpahse_body、wpahse_body为天线相位中心在卫星平台坐标系中下的坐标,Xphase、Ypahse、Zphase为更新后的天线相位中心在WGS84坐标系下的坐标;

若标注为SAR天线相位中心轨道数据情况,则Roffset=(0,0,0);

为得到任意方位向时刻ta的运动状态参数,对零散时刻的轨道位置矢量及速度矢量数据进行建模,以n(n>3)阶多项式建模:式中 为天线相位中心在WGS84坐标系中下三个坐标轴的速度,多项式系数ai,bi,ci(i=1,2,…n)为利用最小二乘求解的模型参数,基于该模型得到任意成像时刻ta的轨道参数;

23)进行多普勒参数建模:

获取距离向离散多普勒参数,对离散普勒参数多项式建模,为了得到任意影像斜距R的多普勒参数fdc,以n(n>3)阶多项式建模:

2 n

fdc=p0+p1(R‑Rref)+p2(R‑Rref) +…+pn(R‑Rref) ,式中,R为通过距离模型获取的当前影像斜距通,Rref为参考斜距,p0,p1,...,pn(n≤5)为多普勒参数多项式系数;如果成像脉压至零多普勒,则对任意斜距,上式fdc恒为0,与斜距变化无关。

3.根据权利要求1所述的基于对称几何构型约束的星载SAR无场几何定标方法,其特征在于,所述建立几何定位模型包括以下步骤:

31)获取其方位向时间t(y)和距离向斜距R(x);

32)采用多项式内插方法得到成像时刻的天线相位中心在WGS84坐标系下的位置矢量CST

=[Xphase(y) Yphase(y) Zphase(y)]、速度矢量 和距离多普勒参数fdc(x),其表达式如下:

距离方程:|CS(y)‑CT|‑R(x)=0,多普勒方程:

椭球方程:

T

上式中,CT=[xT yT zT]为观测目标在WGS84坐标系下的位置矢量;

33)建立其距离‑多普勒严密几何定位模型,即:将距离方程,简记为fR(CS(y),CT,x)=0;

多普勒方程,简记为

椭球方程,简记为fTerrain(CT(y),CT,x)=1。

4.根据权利要求1所述的基于对称几何构型约束的星载SAR无场几何定标方法,其特征在于,所述进行无场几何定标准备工作包括以下步骤:

41)通过对立体SAR影像匹配,在对称立体SAR影像上得到同名点对集合{(xli,yli)(xri,yri)}i≤N,其中(xri,yri)表示SAR影像l上第i个同名点,(xri,yri)表示SAR影像r上第i个同名点,N为获取的同名SAR影像点对数;

42)针对同名SAR影像点{(xli,yli)(xri,yri)}i≤N构建立体平差模型,并平差求解坐标同名点对应的地面点三维坐标 具体步骤为:

421)对于{(xli,yli)(xri,yri)}i≤N点,构建立体平差模型如下:并对模型线性化,得到以下误差方程:简记为

422)对目标点的三维坐标初始值 赋值为影像中心坐标,坐标改正值初始值赋为0;

423)求解误差方程,得到地面目标点坐标的改正值

424)将改正值更新补偿到待求解的地面点三维坐标初始值中,更新

425)重复422)至424)步骤,直到地面目标点坐标的改正数 小于设定阈值为止;

426)逐个同名点对求解,得到影像点对{(xLi,yLi)(xRi,yRi)}i≤N的地面三维坐标

43)根据对称几何构型约束、升降轨及入射角相同的两影像,升降轨配置保证方位向误差反向,入射角相同配置保证距离向误差大小相等,利用误差自抵消性,平差得到的目标点的三维坐标 中的平面坐标 位置精确,然后从对应区域高精度DEM模型上提取高程hi',生成定标所需的参考点

5.根据权利要求1所述的基于对称几何构型约束的星载SAR无场几何定标方法,其特征在于,所述星载SAR无场几何定标的完成包括以下步骤:

51)基于待标定影像SAR影像I建立距离‑多普勒严密几何定位模型;

52)根据待标定影像SAR影像I的几何定位反算模型,将参考点 反算到像方得到预测点影像坐标(xe,i,ye,i),转换为时间量纲坐标为(τe,i,te,,i,),同时量测参考点在影像I上的影像坐标(xm,i,ym,i),转换为时间量纲坐标为(τm,i,tm,i);

53)对测量坐标(τe,i,te,,i,)进行非系统性误差补偿,即回波信号大气传播延迟的补偿,Tro

其为流程延迟△t 以及电离层延迟 其表达式如下:

54)建立顾及回波信号大气传播延迟误差的几何定标模型,如下所示:上式中τ为经定标参数补偿后的距离向时间坐标,t为经定标参数补偿后的方位向时间cal cal

坐标,△τ 为距离向定标参数、△t 为方位向定标参数;

55)将距离方程和多普勒方程转换为时间量纲形式如下:其中fR(τ,t)为时间坐标形式的距离方程,fA(τ,t)为时间坐标形式的多普勒方程;

将补偿非系统误差的观测值代入上式中,并线性化,得到以下误差方程:上式简记为vt,τ=Adt,τ‑lt,τ;

56)将距离时间观测值τi赋值为 方位向时间初始值赋ti值为T

定标参数改正值初始值[dτ dt]赋为0;

T

57)求解误差方程,得到几何定标参数的改正值[dτ dt];

58)将定标参数补偿至观测值中,更新观测值τi=τi+dτ,ti=ti+dt;

T

59)重复54)至58)步,直到几何定标参数的改正值[dτ dt] 小于阈值为止,在此阈值为‑5

10 。

6.根据权利要求1所述的基于对称几何构型约束的星载SAR无场几何定标方法的系统,其特征在于,包括以下模块:

对称立体SAR影像提取模块,用于自动筛选满足本文中提出的对称几何构型约束的立体SAR影像;

距离多普勒几何定位模型构建模块,包含适用零、非零多普勒两种情形,用于几何定位正算和反算功能;

对称立体SAR影像匹配和平差模块,用于首先匹配对称立体SAR影像获取同名点,然后立体平差,再根据平差得到的平面坐标从相应DEM上提取高程更新替代平差得到的高程,生成用于无场定标的参考数据;

无场几何定标模块,用于首先非系统性误差补偿,再构建顾及大气传播延迟误差的几何定标模型,最后通过对称立体SAR影像和DEM生成的参考点完成几何定标参数求解。