CN109782276A - 一种长基线机载重轨干涉sar配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长基线机载重轨干涉SAR配准方法，该方法包括1)布设角反射器，利用GPS精确测量角反射器三维位置；2)布设雷达设备和GPS测量设备，重轨测绘同一区域，记录飞机位置和姿态的轨迹数据和雷达回波信号；3)处理回波数据，并对POS数据进行预处理；4)构建距离多普勒(RD)定位模型，利用控制点信息，标定初始斜距和航高；5)统一影像对于同一坐标系，计算主影像像元在辅影像上的坐标；6)重采样辅影像。机载重轨SAR影像由于基线长和载机飞行高度和姿态不稳定，使得SAR影像对相同斜距对应不同地距，共同测绘范围对应不同像元数目。本发明通过提高影像定位精度获得像元一一对应的影像对和高精度的配准结果，有效解决传统配准方法在处理大区域影像时无法满足配准精度要求的问题。

Description

一种长基线机载重轨干涉SAR配准方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体来说，涉及一种长基线机载重轨干涉SAR 配准方法。

背景技术

机载重轨干涉合成孔径雷达测量(RP-InSAR)是地形测绘、地表活动监测以及地表微量形变测量的重要手段，利用复图像相位差作为信息源提取地面三维信息的技术。相较于星载重轨干涉SAR，其具有测量精度高、灵活性强等优势，为星载SAR重轨干涉技术提供测试手段等优点。机载SAR重轨测量时，由于气流不稳等因素的影响，载机飞行过程中会产生位置偏移和姿态变化。引起的运动误差影响雷达天线相位中心位置和雷达波束指向，从而影像与影像之间会存在不规则的相对形变。从SAR影像近距端到远距端，影像对失配程度逐渐加大，尤其降低了影像对之间大范围整幅影像的配准精度，机载干涉SAR 影像的配准精度必将影响后续处理。尤其在长基线条件下，影像对的失配现象更加明显，处理更加困难。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种针对长基线机载重轨干涉SAR的配准方法，有效解决传统配准方法在处理大区域影像时无法满足配准精度要求的问题。利用POS数据和少量地面控制点坐标，基于RD定位模型解算每景影像航高和初始斜距改正值，将影像对统一于同一坐标系下，重新计算影像对同名点的辅影像坐标，并做重采样和干涉处理。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种长基线机载重轨干涉SAR配准方法，包括以下步骤：

步骤S1，布设角反射器，利用GPS精确测量角反射器三维位置；

步骤S2，布设雷达设备和GPS测量设备，重轨测绘同一区域，记录飞机位置和姿态的轨迹数据和雷达回波信号；

步骤S3，处理回波数据，并对POS数据进行预处理；

步骤S4，构建距离多普勒(RD)定位模型，利用控制点信息，标定初始斜距和航高；

步骤S5，统一影像对于同一坐标系，计算主影像像元在辅影像上的坐标；

步骤S6，重采样辅影像。

进一步的，步骤S3包括：

(1)在平行参考航迹下对影像对做成像处理；

(2)天线动态偏心改正和相位中心内插，获取雷达相位中心的数据，并保证每个扫面行对应的成像中心都有对应的位置和速度信息；

进一步的，步骤S4包括：

(1)构建RD主动定位模型

其中，R₀为初始斜距；m为距离向分辨率；f_dol为多普勒频率偏移；λ为波长；(X_s，Y_s，Z_s)、(V_x，V_y，V_z)雷达天线中心坐标和速度；(X，Y，Z)是像元的地面坐标；R＝R₀+m·j，为雷达天线中心到地面点之间的距离；R_e为地球椭球赤道半径；R_p为地球椭球极半径；h为地面高程；

(2)代入地面控制点坐标(X，Y，Z)，并将RD模型线性化，

(3)则误差方程为，

F₁＝F₂＝F₃＝0，得到用矩阵表示的误差方程，

V＝B·dX-L

其中，

(4)根据最小二乘法原理，求解改正数dX，

dX＝(B^TB)^-1(B^TL)

(5)判断，是否小于阈值，若大于阈值，则更新R₀和Z_s重新代入(2)循环；若小于阈值，则得到最终初始斜距和航高。

进一步的，步骤S5包括：

(1)在主辅影像各自影像坐标系下，使用新的初试斜距和航高计算像元地距；

(2)计算辅影像坐标系相对于主影像坐标系的偏移量ΔY(偏移量ΔY通过POS数据计算得到)，并获得主影像坐标系下的共同测绘范围；

(3)找出主影像在该范围内的所有像元，并计算这些像元在辅影像坐标系下的影像坐标。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果：机载重轨干涉SAR影像配准是SAR影像处理的关键环节，直接影响后续的干涉处理结果和地形高程的提取。本发明针对长基线干涉SAR的成像几何特点，特别适用于长基线干涉SAR 大区域影像的配准处理，解决传统配准方法在处理大区域影像时无法满足配准精度要求的问题。是解决困难地区大面积、稀少控制条件下地形测图的关键技术，同时对于突发性自然灾害的监测、评估的快速响应和定量分析等具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的所述的长基线机载重轨干涉SAR配准方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的所述的长基线机载重轨干涉SAR配准方法的处理前后影像对的相关系数计算结果；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，根据本发明实施例所述的一种长基线机载重轨干涉SAR 配准方法，包括以下步骤：

步骤S1，布设角反射器，利用GPS精确测量角反射器三维位置；

步骤S2，布设雷达设备和GPS测量设备，重轨测绘同一区域，记录飞机位置和姿态的轨迹数据和雷达回波信号；

步骤S3，处理回波数据，并对POS数据进行预处理；

步骤S4，构建距离多普勒(RD)定位模型，利用控制点信息，标定初始斜距和航高；

步骤S5，统一影像对于同一坐标系，计算主影像像元在辅影像上的坐标；

步骤S6，重采样辅影像。

其中，进一步的步骤S3包括：

(1)在平行参考航迹下对影像对做成像处理；

(2)天线动态偏心改正和相位中心内插，获取雷达相位中心的数据，并保证每个扫面行对应的成像中心都有对应的位置和速度信息；

其中，进一步的步骤S4包括：

(1)构建RD主动定位模型

其中，R₀为初始斜距；m为距离向分辨率；f_dol为多普勒频率偏移；λ为波长；(X_s，Y_s，Z_s)、(V_x，V_y，V_z)雷达天线中心坐标和速度；(X，Y，Z)是像元的地面坐标；R＝R₀+m·j，为雷达天线中心到地面点之间的距离；R_e为地球椭球赤道半径；R_p为地球椭球极半径；h为地面高程；

(2)代入地面控制点坐标(X，Y，Z)，并将RD模型线性化，

(3)则误差方程为，

F₁＝F₂＝F₃＝0，得到用矩阵表示的误差方程，

V＝B·dX-L

其中，

(4)根据最小二乘法原理，求解改正数dX，

dX＝(B^TB)^-1(B^TL)

(5)判断，是否小于阈值，若大于阈值，则更新R₀和Z_s重新代入(2)循环；若小于阈值，则得到最终初始斜距和航高。

其中，进一步的步骤S5包括：

(1)在主辅影像各自影像坐标系下，使用新的初试斜距和航高计算像元地距；

(2)计算辅影像坐标系相对于主影像坐标系的偏移量ΔY(偏移量ΔY通过POS数据计算得到)，并获得主影像坐标系下的共同测绘范围；

(3)找出主影像在该范围内的所有像元，并计算这些像元在辅影像坐标系下的影像坐标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种长基线机载重轨干涉SAR配准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，布设角反射器，利用GPS精确测量角反射器三维位置；

步骤S2，布设雷达设备和GPS测量设备，重轨测绘同一区域，记录飞机位置和姿态的轨迹数据和雷达回波信号；

步骤S3，处理回波数据，并对POS数据进行预处理；

步骤S4，构建距离多普勒(RD)定位模型，利用控制点信息，标定初始斜距和航高；

步骤S5，统一影像对于同一坐标系，计算主影像像元在辅影像上的坐标；

步骤S6，重采样辅影像。

2.根据权利要求1所述的长基线机载重轨干涉SAR配准方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：

(1)在平行参考航迹下对影像对做成像处理；

(2)天线动态偏心改正和相位中心内插，获取雷达相位中心的数据，并保证每个扫面行对应的成像中心都有对应的位置和速度信息。

3.根据权利要求1所述的长基线机载重轨干涉SAR配准方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：

(1)构建RD主动定位模型

其中，R₀为初始斜距；m为距离向分辨率；f_dol为多普勒频率偏移；λ为波长；(X_s，Y_s，Z_s)、(V_x，V_y，V_z)雷达天线中心坐标和速度；(X，Y，Z)是像元的地面坐标；R＝R₀+m·j，为雷达天线中心到地面点之间的距离；R_e为地球椭球赤道半径；R_p为地球椭球极半径；h为地面高程；

(2)代入地面控制点坐标(X，Y，Z)，并将RD模型线性化，

(3)则误差方程为，

F₁＝F₂＝F₃＝0，得到用矩阵表示的误差方程，

V＝B·dX-L

其中，

(4)根据最小二乘法原理，求解改正数dX，

dX＝(B^TB)^-1(B^TL)

(5)判断，是否小于阈值，若大于阈值，则更新R₀和Z_s重新代入(2)循环；若小于阈值，则得到最终初始斜距和航高。

4.根据权利要求1所述的长基线机载重轨干涉SAR配准方法，其特征在于，步骤S5进一步包括：

(1)在主辅影像各自影像坐标系下，使用新的初试斜距和航高计算像元地距；

(2)计算辅影像坐标系相对于主影像坐标系的偏移量ΔY(偏移量ΔY通过POS数据计算得到)，并获得主影像坐标系下的共同测绘范围；

(3)找出主影像在该范围内的所有像元，并计算这些像元在辅影像坐标系下的影像坐标。