一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法技术

本发明专利技术涉及一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法，包括以下步骤：步骤1、通过鼠标点击位置计算目标中心对应的内存地址，并通过该内存地址获取目标对应的SAR辅助数据；步骤2、从SAR辅助数据中解析飞机位置、成像航迹角、图像近距、图像采样间隔、侧视方向参数；所述的飞机位置包括经度、纬度、高度；步骤3、由图像采样间隔、图像近距、飞机高度、成像区域高程参数，利用SAR成像几何计算目标到机下点的距离；步骤4、计算目标相对机下点的方位角；步骤5、已知机下点经纬度、目标到机下点的距离、目标相对机下点的方位角，利用大地主题正算公式和迭代优化算法得到目标点的经纬度；步骤6、基于DEM数据，迭代求解得到目标点的最终经纬度值。点的最终经纬度值。点的最终经纬度值。

【技术实现步骤摘要】
一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法


[0001]本专利技术涉及机载合成孔径雷达（SAR）图像定位
，特别是针对高原地区复杂地形，无人机载SAR图像无控制点实时地理定位的方法。本专利技术可对无人机通信链路实时下传的SAR图像数据进行无控制点高精度地理定位，本专利技术所述方法亦适用于有人机载SAR。

技术介绍

[0002]无人机航空遥感平台具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动性强等特点，因此成为了卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。合成孔径雷达（SAR）具有全天时、全天候工作的特点，对于人造目标和地物目标具有良好的探测与分辨能力，目前装载SAR的无人机遥感平台已广泛应用于灾害监测、地形测绘、边境巡逻等领域，发挥了巨大作用。
[0003]图像实时无控制点定位是无人机载SAR用于航空遥感领域的一项关键技术。在边境巡逻等任务中，对目标的快速发现和精确定位具有重要的意义，目标定位精度高低与时效性通常是任务执行效果评定的重要指标。现代无人机系统通常具有察打一体化功能，要求在看到目标的同时能够得到目标的精确地理坐标，因此目标定位算法需针对SAR实时图像完成目标的定位。
[0004]目前的SAR目标定位方法有：（1）基于SAR图像与基准图匹配的方法；（2）基于SAR侧视斜距成像和多普勒频移的距离
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多普勒方法；（3）基于距离和方位角的SAR图像直接定位方法。基于基准图匹配的方法是一种有控制点定位方法，定位精度依赖于基准图的精度且需要人工来完成控制点的选择，无法实现实时定位。距离
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多普勒方法能够实现机载SAR图像“空
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地”自动定位，但是该方法在实际应用过程中被发现还存在以下技术问题：a) 距离
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多普勒方法对SAR图像定位是针对整幅图像进行的，对于无人机通信链路实时下传的SAR图像数据流来说，定位所需的一幅图像尚不完整，因此无法实现在图像实时显示的同时进行地理定位；b) 多普勒中心频率和速度矢量的估计误差对于定位精度的影响较为明显，尤其是无人机平台姿态误差较大时，会引起定位精度的明显下降；c) 距离
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多普勒方法采用牛顿迭代法求解距离
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多普勒方程组，需要给出迭代的初值，而定位精度与初值选择有关，不适当的初值可能会导致迭代不收敛，使图像定位解算失败。
[0005]与无人机载SAR相比，星载SAR平台运行姿态稳，多普勒中心频率和速度矢量的估计误差小，因此星载SAR图像定位一般采用距离
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多普勒方法；而机载SAR图像定位一般采用直接定位方法。无论是距离
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多普勒方法还是直接定位方法，在实现SAR图像无控制点定位时均假设成像区域的海拔高度为固定值，这个假设对于平原区域的目标定位是合适的，但对于高原山区，由于地形起伏所导致的高程误差较大，会引起山区目标的定位精度显著下降。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是解决高原山区复杂地形的无人机载SAR图像实时高精度定位问题。本专利技术针对无人机通信链路实时下传的SAR图像数据流，解决如下问题：（1）在图像实时显示的过程中进行目标地理定位；（2）针对高原地区复杂地形的SAR图像进行高精度目标定位。本专利技术典型应用场景为：无人机飞行任务执行时，在SAR图像数据实时接收、显示过程中，操作员通过鼠标点击SAR显示图像中的目标中心位置，启动SAR图像定位并输出定位结果。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法，包括以下步骤：步骤1、通过鼠标点击位置计算目标中心对应的内存地址，并通过该内存地址获取目标对应的SAR辅助数据；步骤2、从SAR辅助数据中解析飞机位置、成像航迹角、图像近距、图像采样间隔、侧视方向参数；所述的飞机位置包括经度、纬度、高度；步骤3、由图像采样间隔、图像近距、飞机高度、成像区域高程参数，利用SAR成像几何计算目标到机下点的距离；步骤4、利用雷达侧视方向、成像航迹角参数计算目标相对机下点的方位角；步骤5、已知机下点经纬度、目标到机下点的距离、目标相对机下点的方位角，利用大地主题正算公式和迭代优化算法得到目标点的经纬度；步骤6、利用步骤5得到的经纬度，在DEM数据库中查找对应的高程值，计算与预设高程的误差，如果误差小于设定阈值，则定位结束，输出当前经纬度和高程值作为定位结果；如果误差大于设定阈值，则以当前高程值替换预设高程，返回步骤3重新计算目标到机下点的距离，之后执行步骤5、6，直到误差小于阈值才终止循环。
[0008]本专利技术的原理是：利用SAR实时数据中的载机平台参数和雷达成像参数，将SAR图像定位问题转化为大地主题解算问题，有效避免了距离
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多普勒方法中速度矢量误差和多普勒中心频率估计误差对定位精度的影响；针对高原地区的复杂地形，基于DEM数据库迭代更新目标点的高程值，显著降低定位误差。
[0009]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益成果：（1）本专利技术从无人机系统SAR图像实时定位的应用需求出发，结合高原地区高程起伏较大的特点，采用基于机载平台遥测参数的直接定位算法以适应实时定位需求，采用基于DEM数据库实时更新高程数据的方法以降低定位误差。可实现在图像实时接收、显示的同时对目标进行地理定位，输出高精度的定位结果；（2）相比依赖于基准图的图像匹配定位方法，本专利技术实现了无控制点SAR图像地理定位，对于缺乏基准图或控制点的成像区域，本专利技术具有很好的适用性且能够实现实时定位；（3）相比距离
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多普勒图像定位方法，本专利技术无需估计速度矢量和多普勒中心频率，避免了估计误差对定位精度的影响；无需求解非线性方程组，避免了不合适的初值导致方程组解算失败；无需收集一幅完整的图像数据，仅根据实时接收的当前图像数据即可进行目标定位，时效性高；（4）本专利技术在实现图像定位时，无须对图像进行校正、变换，可对显示图像中的任
意像素进行绝对地理定位，具有很高的时效性，特别适用于针对显示图像的实时定位处理。
附图说明
[0010]图1：定位处理流程图；图2：SAR正侧视成像几何关系示意图；图3：球面上O、P两点之间的距离关系示意图；图4：本专利技术定位方法与传统定位方法的精度比较。
具体实施方式
[0011]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，提出一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1、通过鼠标点击位置计算目标中心对应的内存地址，并通过该内存地址获取目标对应的SAR辅助数据；步骤2、从SAR辅助数据中解析飞机位置、成像航迹角、图像近距、图像采样间隔、侧视方向参数；所述的飞机位置包括经度、纬度、高度；步骤3、由图像采样间隔、图像近距、飞机高度、成像区域高程参数，利用SAR成像几何计算目标到机下点的距离；步骤4、利用雷达侧视方向、成像航迹角参数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过鼠标点击位置计算目标中心对应的内存地址，并通过该内存地址获取目标对应的SAR辅助数据；步骤2、从SAR辅助数据中解析飞机位置、成像航迹角、图像近距、图像采样间隔、侧视方向参数；所述的飞机位置包括经度、纬度、高度；步骤3、由图像采样间隔、图像近距、飞机高度、成像区域高程参数，利用SAR成像几何计算目标到机下点的距离；步骤4、利用雷达侧视方向、成像航迹角参数计算目标相对机下点的方位角；步骤5、已知机下点经纬度、目标到机下点的距离、目标相对机下点的方位角，利用大地主题正算公式和迭代优化算法得到目标点的经纬度；步骤6、利用步骤5得到的经纬度，在DEM数据库中查找对应的高程值，计算与预设高程的误差，如果误差小于设定阈值，则定位结束，输出当前经纬度和高程值作为定位结果；如果误差大于设定阈值，则以当前高程值替换预设高程，返回步骤3重新计算目标到机下点的距离，之后执行步骤5、6，直到误差小于阈值才终止循环。2.根据权利要求1所述的一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法，其特征在于，所述步骤1，具体包括以下步骤：定位启动，在无人机SAR图像数据实时接收、显示过程中，通过鼠标点击显示图像上的目标中心，计算目标中心对应的内存地址，并通过该内存地址获取目标中心对应的SAR辅助数据。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘志刚，刘畅，徐向辉，李志勇，王小龙，董旭彬，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：