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专利号: 2022106267557
申请人: 安徽大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-01-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无需外部误差校正的实时差分立体SAR几何定位方法,包括以下步骤:

11)差分立体观测数据准备:根据SAR影像对应的元数据文件,选取对同一区域拍摄的立体观测角在40°到140°范围的立体影像,并完成参考点三维坐标数据以及SAR影像景中心经纬度的获取;

12)差分观测值获取,选取某一观测场景下的SAR立体观测影像序列,逐个提取参考点、待求目标观测点在立体SAR影像中的像方坐标观测值,并转化为差分坐标观测值,由于同一影像中,参考点以及待求目标观测点像方坐标所受到的观测误差在局部范围里是一致的,从而参考点的像方观测坐标与待求目标观测点的观测像方观测坐标求差得到差分观测值;

13)差分立体几何定位方程构建,根据SAR影像Im的距离多普勒几何定位模型,将参考点Ref的三维坐标反算至像方并以此建立参考点Ref在SAR影像Im上的定位方程,根据参考点Ref反算得到像方时间量纲坐标及差分观测值,得到待求目标点k的像方时间量纲坐标,并以此建立目标点k在SAR影像Im上的方程,最后建立差分立体观测方程;

14)差分立体方程求解,对待求观测点的三维坐标赋初值,构建差分立体平差模型,迭代求解差分位置矢量改正值,得到待求观测点的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的无需外部误差校正的实时差分立体SAR几何定位方法,其特征在于,所述差分立体观测数据准备包括以下步骤:

21)差分立体观测影像数据自动提取,根据影像对应的元数据文件获取的侧视方向、景中心入射角信息,粗略判断立体观测角,如果侧视方向相同,立体观测角计算公式如下:StereoAnglei,j=abs(IncAnglei‑IncAnglej),如侧视方向不同,立体观测角计算公式如下:

StereoAnglei,j=180‑abs(IncAnglei+IncAnglej),其中,i,j表示待判断立体观测角的影像标识,IncAnglei和IncAnglej分别表示影像i和j元数据中提取出的景中心入射角,abs表示取绝对值运算,StereoAnglei,j表示由影像i,j构成的观测立体角,选取立体观测角在40°到140°范围的立体影像对;

22)建立SAR影像的距离多普勒几何定位模型,根据SAR影像元数据里的轨道参数、多普勒参数、距离参数建立距离多普勒模型如下:距离方程:|CS(ta)‑CT|‑c/2·τr=0,多普勒方程:

其中,τr和ta分别是观测目标在SAR影像上的距离向和方位向时间的量纲坐标,CS(ta)和分别表示观测目标方位向成像时间ta对应在WGS84坐标系下的位置矢量和速度矢T

量,CS(ta)=[Xphase(ta) Yphase(ta) Zphase(ta)] ,其中Xphase(ta)、Yphase(ta)以及Zphase(ta)分别表示方位向成像时间ta时刻天线相位中心在地心直角坐标下对应x轴,y轴以及z轴的坐标分量, 其中 以及表示方位向成像时间ta时刻天线相位中心在地心直角坐标下x轴,y轴以及z轴的速度分量;

23)参考点数据获取,获取观测场景中具有三维坐标的参考点,其大地坐标系坐标矢量为 其中 λRef以及HRef分别为参考点的经度、纬度和大地高;并将参考点大地坐标转为地心直角坐标矢量 其中XRef、YRef以及ZRef方分别为参考点在地心直角坐标系下的x轴,y轴,z轴坐标, 为其地心直角坐标矢量简写;

24)根据SAR影像的元数据信息,获取其影像覆盖范围内的中心大地坐标系坐标矢量为其中 以及 分别为任意SAR影像Im的景中心的经度、纬度和大地高 ,并将景中心的大地坐标转为地心直角坐标矢量其中 以及 方分别为SAR影像Im的

景中心在地心直角坐标系下的x轴,y轴,z轴坐标分量, 为其地心直角坐标矢量简写,Cen表示中心的缩写。

3.根据权利要求1所述的无需外部误差校正的实时差分立体SAR几何定位方法,其特征在于,所述差分观测值获取包括以下步骤:

31)选取SAR立体观测影像序列中某张SAR影像Im,根据其距离多普勒几何定位模型,将参考点Ref的三维直接坐标 反算至像方,得到粗略坐标,并利用点目标分析精确得到参考点在SAR影像Im上的时间量纲坐标 其中 和 分别为参考点Ref在SAR影像Im精确提取的距离向时间和方位向观测时间;

由于观测到的时间量纲坐标受到各种误差影响,参考点Ref观测的像方坐标拆解如下:其中, 和 分别为SAR影像Im距离向和方位向系统时间延迟,以及 分别为地球物理效应、轨道、大气延迟在SAR影像Im距离向上引起的时间延迟, 和 分别表示地球物理效应和轨道在SAR影像Im方位向上引起的时间延迟, 和 表示参考点Ref在SAR影像Im上未受到任何误差影响的距离向和方位向时间;

32)在SAR影像Im上选取待求三维坐标的目标点k,并利用点目标分析精确提取其在SAR影像Im上的时间量纲坐标 其中 和 分别表示目标观测点k在SAR影像Im上精确提取的距离向时间和方位向观测时间;

33)得到差分观测值:对步骤31)和32)提取出的参考点Ref和目标点k的像方坐标观测值作差,得到差分观测值如下:和 为参考点Ref和目标点k的距离向和方位时间观测值之差,由于在同一景影像局部范围内误差的空间相关,因此参考点Ref和目标点k的像方坐标观测值所受到的误差近似相等,相减之后可消除;

34)重复步骤31)‑33),直至计算完立体SAR影像序列中所有的SAR影像的参考点Ref和目标点k的差分观测值。

4.根据权利要求3所述的无需外部误差校正的实时差分立体SAR几何定位方法,其特征在于,所述差分立体几何定位方程构建包括以下步骤:

41)得到参考点Ref在SAR影像Im上的几何定位方程:利用SAR影像Im的几何定位模型,将步骤23)中的参考点Ref三维坐标 直接反算至像方,得到在SAR影像Im的像方坐标 然后代入SAR影像Im的距离多普勒定位模型中,得到如下:

其中, 和 分别为参考点Ref在SAR影像Im上通过几何定位反算得到的距离向时间和方位向时间,c为光速, 和 分别为SAR影像Im在方位向观测时间为 时SAR相位中心所在的位置以及速度矢量,其具体公式如下:位置矢量:

速度矢量:

其中,ai、bi以及ci分别表示SAR影像Im轨道建模多项式系数,i为阶数,采用6阶多项式表示;

本步骤中反算得到的参考点方位向时间 相当于定义了差分立体SAR几何定位方法的基准,它是根据轨道和参考目标计算得出的,而不是通过点目标分析得到的;

42)构建待求观测点k在SAR影像Im的几何定位方程:利用参考点Ref在SAR影像Im上的反算时间量纲坐标及差分观测值得到待求目标观测点的时间量纲坐标,并代入SAR影像Im的几何定位模型,得到待求观测点k在SAR影像Im定位方程式,具体步骤为:

421)利用参考点Ref在SAR影像Im上的反算得到时间量纲坐标 以及在SAR影像Im的差分观测值,得到待求观测点k在SAR影像Im上的反算坐标,计算公式如下:其中, 和 分别表示待求观测点k在SAR影像Im上距离向和方位向时间;

422)得到待求观测点k三维坐标的差分形式,假定待求观测点k的三维坐标与参考点Ref的三维坐标之差矢量为 则待求观测点k表示为:其中, 以及 分别为待求

观测点k与参考点Ref的在地心直角坐标系下的x轴,y轴,z轴坐标差值;

423)将待求观测点k在SAR影像Im上距离向和方位向时间以及三维坐标差分形式代入SAR影像Im的距离多普勒定位模型中,得到观测点k在SAR影像Im定位方程式如下:其中, 和 分别为利用421)步骤求得的观测点k在SAR影像Im上的距离向时间和方位向时间,c为光速, 和 分别为SAR影像Im在方位向观测时间为时SAR相位中心所在的位置以及速度矢量,其具体公式如下:位置矢量:

速度矢量:

其中,ai、bi以及ci分别表示SAR影像Im轨道建模多项式系数,i为阶数,i=6;

43)将上述步骤得到的参考点Ref以及待求观测目标点k的几何定位方程进行相减,也就是本方法所述的差分处理过程,构建SAR影像Im的差分距离多普勒几何定位方程如下:上式简记为如下:

44)重复步骤41)‑43),直至构建完立体SAR影像序列中所有的SAR影像的差分立体观测方程。

5.根据权利要求4所述的无需外部误差校正的实时差分立体SAR几何定位方法,其特征在于,所述差分立体方程求解包括以下步骤:

51)将待求观测目标点k的初始三维坐标矢量值 赋值为24)步骤中提取的SAR影像Im景中心地心直角坐标矢量

52)对于待求观测目标点k,构建差分立体平差模型如下:………

………

并对差分立体平差模型对待求观测点k的三维坐标与参考点Ref的三维坐标之差矢量中的未知数、 以及求偏导,完成模型线性化,得到如下误差方程:上式中,n为参与差分立体处理中SAR影像序列的总影像数, 为待求观测点k的三维坐标初始值代入到SAR影像In的差分距离多普勒几何定位方程中得到的初值,简记为

53)求解上式,得到三维坐标之差矢量 的改正数向量

54)将改正数更新至三维坐标之差矢量 中,得到新的三维坐标之差矢量‑7

55)重复步骤52)‑54),直到坐标改正值 以及 都小于1e ;

56)逐个待求观测目标点求解,直到所有待求目标的三维坐标求解出为止。

6.根据权利要求1所述的一种无需外部误差校正的实时差分立体SAR几何定位方法,其特征在于,包括以下模块:立体差分数据准备模块,用于自动筛选差分立体SAR数据、参考点大地坐标与地心直角坐标转换、获取SAR影像景中心的三维坐标;立体差分观测值获取模块,用于参考点Ref和待求目标点的像方坐标提取,完成差分观测值的获取;立体差分观测方程构建模块,用于构建单张SAR影像上待求目标点的差分立体方程;立体差分观测方程求解模块,用于构建差分立体平差模型,差分立体方程线性化处理,迭代求解差分位置矢量改正值,完成待求观测点的三维坐标解算。