稀少控制点星载合成孔径雷达图像对地定位方法技术

一种稀少控制点星载合成孔径雷达图像对地定位方法，包括步骤A：获取星载合成孔径雷达图像的地面控制点信息，利用卫星参数，根据距离‑多普勒模型计算每个地面控制点对应的图像坐标；步骤B：根据计算的控制点对应图像坐标和控制点的实际图像坐标计算补偿参数；步骤C：根据补偿参数计算星载合成孔径雷达图像坐标对应的修正坐标；以及步骤D：利用所述修正坐标，根据距离‑多普勒定位模型计算对应的地面坐标，实现星载合成孔径雷达图像的对地定位。本发明专利技术的方法能够根据稀少控制点的具体数量，采用不同模型计算图像坐标的补偿参数，能够很好适应控制点数量的变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及星载合成孔径雷达遥感图像处理
，尤其涉及一种稀少控制点SAR图像对地定位方法。
技术介绍
星载合成孔径雷达(英文简称SAR，下文都用SAR表示)遥感是通过装载在卫星上的雷达基于合成孔径的技术来获取地面的高分辨率图像，由于SAR图像具有全天时、全天候的优势，因此在国民经济建设和国防安全都能发挥了不可替代的作用，目前国内外都在大力发展星载SAR遥感技术。星载SAR图像对地定位是图像应用和分析的基础，目前主要的定位策略有：(1)无任何地面控制点的系统级对地定位；(2)有地面控制点的高级对地定位。无地面控制点的系统级SAR图像对地定位主要应用卫星的位置和姿态根据定位模型进行计算，由于我国卫星的位置和姿态测量精度有限，因此定位精度不高，一般在百米至数百米的定位精度左右，较难满足一些应用的要求。有地面控制的高级对地定位需要一定数量的地面控制点，通过精化模型参数来提高定位精度，因此能达到很高的定位精度，对于SAR卫星图像的定位精度一般在30～50米甚至更高。但是有地面控制的高级对地定位都需要较多的控制点，通常会要求控制点数量要大于5个以上，这在应用中有时会很难满足这个条件，例如控制点很难获取。因此应用中迫切需要解决稀少控制点(在本专利技术中，稀少控制点指控制点的数量为1至4个)条件下的高精度对地定位技术。目前国内外在光学遥感图像的稀少控制点对地定位取得了一些研究成果，但对于SAR卫星图像的稀少控制点条件下的对地定位报道极少。比较经典的稀少GCP(GroundControlPoint)控制条件下的卫星图像对地定位方法当属法国SPOT卫星图像的对地定位方法，通过少量地面控制点配合低阶多项式修正卫星轨道误差，并对各控制点相应轨道的位置残余误差采用最小二乘法进行滤波修正，最后采用修正后的卫星轨道结合定位模型进行对地定位计算，其定位精度达到了几个像素左右。针对光学推扫式卫星图像，袁修孝等人从线阵推扫式传感器的成像机理出发，利用6个卫星轨道开普勒参数和3个传感器姿态角建立了推扫式卫星遥感影像坐标与其地面点的构像方程。按照所建立的构像方程，实现了SPOT-5影像的对地定位；利用单个地面控制点对卫星轨道开普勒参数和传感器姿态实施调整后，目标定位精度提高到14.2m(袁修孝、张过，缺少控制点的卫星遥感对地目标定位，武汉大学学报·信息科学版第28卷第5期：505～510)；张宝印提出了利用空间斜墨卡托投影进行卫星遥感图像精确对地定位，解决缺少控制点地区卫星遥感图像定位问题(张宝印、熊兴华、赵琪，少量地面控制点的遥感图像精纠正与定位技术探讨，测绘科学与工程，第25卷第4期，2005年12月：5～7)。耿忠等人提出了依据其影像元数据信息实现快速几何纠正的方法，利用少量的几个控制点来消除Radarsat-2影像与待纠正参考系间的系统误差实现Radarsat-2影像的快速几何纠正。(耿忠、张波、林丽、吴樊，基于少量控制点的Radarsat-2影像快速几何纠正技术研究，地理信息世界，2010，8(1)：27～30)。可见现有稀少控制点的遥感图像对地定位主要以光学图像为主，而对SAR图像的稀少控制条件下的对地定位研究极少，随着SAR卫星的发展，如何根据稀少控制点的具体数目进行SAR图像对地定位是需要解决的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种稀少控制点的星载SAR图像对地定位方法。该方法依据稀少控制点的具体数量，在像方进行补偿，可以较好地实现1～4个稀少控制点条件下的星载SAR图像对地定位。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种稀少控制点星载合成孔径雷达图像对地定位方法，包括：步骤A：获取星载合成孔径雷达图像的地面控制点信息，利用卫星参数，根据距离-多普勒模型计算每个地面控制点对应的图像坐标；步骤B：根据计算的控制点对应图像坐标和控制点的实际图像坐标计算补偿参数；步骤C：根据补偿参数计算星载合成孔径雷达图像坐标对应的修正坐标；以及步骤D：利用所述修正坐标，根据距离-多普勒定位模型计算对应的地面坐标，实现星载合成孔径雷达图像的对地定位。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术稀少控制点星载合成孔径雷达图像对地定位方法具有以下有益效果：(1)根据稀少控制点的具体数量，采用不同模型计算图像坐标的补偿参数，能够很好适应控制点数量的变化；(2)像方补偿参数的计算中最大化应用了已知的控制点数量，使得控制点在图像变形补偿参数估计的作用发挥到最大。附图说明图1为根据本专利技术实施例稀少控制点的星载SAR图像对地定位方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。本专利技术稀少控制点的星载SAR图像对地定位方法，充分考虑了已有控制点的具体数量来进行参数的自适应计算，同时充分在补偿参数的估计中由尽可能地应用了全部的控制点，很好地适应稀少控制点的不同情况，从而解决了稀少控制点的SAR图像对地定位技术问题。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种稀少控制点的星载SAR图像对地定位方法。图1为根据本专利技术实施例稀少控制点的星载SAR图像对地定位方法的流程图。如图1所示，本实施例稀少控制点的SAR图像对地定位方法包括：步骤A：获取一幅星载SAR图像的中地面控制点信息，利用卫星的位置、速度等参数根据距离-多普勒模型计算每个地面控制点所对应的图像坐标。具体计算公式为：其中，r0为近地点斜距，即雷达天线到地面最近点的距离，λ为雷达的波长，MX为斜距的分辨率，这些都是星载SAR的已知参数，可以从SAR卫星的辅助数据中提取获得，fD为多普勒中心频率，也是从星载SAR成像处理的参数中进行提取。(XS，YS，ZS)为该幅图像的对应的卫星起始坐标，(VX，VY，VZ)为卫星的运动速度，这些参数从卫星下传的辅助数据中读取后进行数学内插和转换即可。(XP，YP，ZP)为地面点的已知坐标。根据每个控制点的地面坐标(XP，YP，ZP)，代入上式即可计算得到每个地面控制点所对应的图像坐标(x′，y′)。步骤B：根据步骤A计算得到的控制点所对应的图像坐标和控制点的实际图像坐标，计算补偿参数，具体计算策略需要根据已有的控制点数量进行选择：(1)如果是1个控制点，根据1个控制点的实际图像坐标(x1，y1)和步骤A计算控制点所对应的的图像坐标(x′1，y′1)，则按如下公式，计算两个平移参数(a1，b1)：a1＝x1-x′1b1＝y1-y′1(2)如果是2个控制点，根据2个控制点的实际图像坐标(x1，y1)，(x2，y2)和步骤A计算的控制点所对应的图像坐标(x′1，y′1)，(x′2，y′2)按照如下公式，计算四个补偿参数(a1，b1，a2，b2)：[]行列表示的矩阵，[]-1表示对矩阵进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀少控制点星载合成孔径雷达图像对地定位方法，其特征在于包括：步骤A：获取星载合成孔径雷达图像的地面控制点信息，利用卫星参数，根据距离‑多普勒模型计算每个地面控制点对应的图像坐标；步骤B：根据计算的控制点对应图像坐标和控制点实际的图像坐标计算补偿参数；步骤C：根据补偿参数计算星载合成孔径雷达图像坐标对应的修正坐标；以及步骤D：利用所述修正坐标，根据距离‑多普勒定位模型计算对应的地面坐标，实现星载合成孔径雷达图像的对地定位。

【技术特征摘要】
1.一种稀少控制点星载合成孔径雷达图像对地定位方法，其特征在于包括：步骤A：获取星载合成孔径雷达图像的地面控制点信息，利用卫星参数，根据距离-多普勒模型计算每个地面控制点对应的图像坐标；步骤B：根据计算的控制点对应图像坐标和控制点实际的图像坐标计算补偿参数；步骤C：根据补偿参数计算星载合成孔径雷达图像坐标对应的修正坐标；以及步骤D：利用所述修正坐标，根据距离-多普勒定位模型计算对应的地面坐标，实现星载合成孔径雷达图像的对地定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中，所述卫星参数包括卫星的位置和卫星的速度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中控制点对应的图像坐标的计算公式为：r0+x′MX=(XS+y′VX-XP)2+(YS+y′VY-YP)2+(ZS+y′VZ-ZP)2]]>VX(XS+y′VX-XP)+VY(YS+y′VY-YP)+VZ(ZS+y′VZ-ZP)r0+x′MX=-fDλ2]]>其中，r0为近地点斜距，即雷达天线到地面最近点的距离)，λ为雷达的波长，MX为斜距的分辨率，fD为多普勒中心频率，(XS，YS，ZS)为该幅图像的对应的卫星起始坐标，(VX，VY，VZ)为卫星的运动速度，(XP，YP，ZP)为地面点的已知坐标，(x′1，y′1)为需要计算的控制点图像坐标。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中获取的是1个控制点信息，步骤B中，根据1个控制点的实际图像坐标(x1，y1)和步骤A计算的控制点图像坐标(x′1，y′1)，则按如下公式，计算两个平移参数(a1，b1)：a1＝x1-x′1b1＝y1-y′1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中获取的是2个控制点信息，步骤B中，根据2个控制点的实际图像坐标(x1，y1)，(x2，y2)和步骤A计算的控制点图像坐标(x′1，y′1)，(x′2，y′2)按照如下公式，计算四个补偿参数(a1，b1，a2，b2)：a1b1a2b2=x1y110-y1x101x2y210-y...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤红建，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11