基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法及系统

技术领域

本发明属于卫星遥感技术领域，涉及一种SAR卫星目标三维精密定位误差改正方法及系统，具体涉及一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法及系统。

背景技术

星载合成孔径雷达(SAR)是搭载在卫星上的主动式微波侧视成像雷达，因其具有大范围、全天时、全天候的对地观测能力，是地表信息获取的重要手段。

星载SAR成像过程是通过卫星搭载传感器收集观测区域的后向散射信号，完成从三维观测场景到二维的影像的过程。而当从SAR影像中目标点计算地面位置的过程，则是寻求从二维影像到三维空间的过程，是逆向求解。

目前，星载SAR目标点三维坐标求解过程主要利用距离-多普勒定位模型，假设SAR目标满足距离、多普勒和地球模型，依赖于外部高程数据辅助，且该过程还受到地球模型误差、成像系统误差、传播途径延迟等多种因素影响，获取的三维定位的精度较低，往往是几米到几十米。已有的定位误差改正方法，通过逐个计算定位过程中的地球物理误差项和系统误差项来获得改正量，然而这个方法缺乏对高程向的偏差改正量，仍然难以获取高精度的星载SAR目标三维定位结果，尤其难以满足城市场景中的精细监测需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法及系统。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法，包括以下步骤：

步骤1：获取星载SAR影像及其成像参数和轨道数据；所述成像参数包括初始成像方位向时刻t

步骤2：在频率域重建SAR影像信息，检测SAR影像中目标点T，确定目标点在二维雷达图像坐标，即行列二维的亚像素坐标值(l

步骤3：以SAR影像成像参数数据将亚像素坐标值(l

步骤4：获取目标点的雷达高程坐标c

步骤5：将角反射器的大地坐标(X

步骤6：将(a

本发明的系统所采用的技术方案是：一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正系统，包括以下模块：

模块1，用于获取星载SAR影像及其成像参数和轨道数据；所述成像参数包括初始成像方位向时刻t

模块2，用于在频率域重建SAR影像信息，检测SAR影像中目标点T，确定目标点在二维雷达图像坐标，即行列二维的亚像素坐标值(l

模块3，用于以SAR影像成像参数数据将亚像素坐标值(l

模块4，用于获取目标点的雷达高程坐标c

模块5，用于将角反射器的大地坐标(X

模块6，用于将(a

本发明利用星载SAR定位过程中误差的时空特性，即在一定区域范围内，其系统误差、大气延迟和地球模型误差具有空间相关性，且雷达坐标系内三个方向坐标相互独立。因此，在三维雷达坐标系的开展误差改正，在SAR数据获取范围内利用单个角反射器的信号进行误差计算，从而实现整景SAR数据简单有效的高精度定位。

本发明的优点：

1.本发明适可用于任一种卫星传感器获取的SAR数据三维精密定位改正。

2.本发明只需要一个角反射的坐标位置作为输入，即可对整景SAR数据中的目标实现高精度定位，无需逐一改正系统误差、大气延迟和地球模型误差。

3.本发明仅依赖单个角反射器的数据，结果精度高且计算简易快捷，便于工程应用推广。

附图说明

图1为本发明实施例的方法原理图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种基于单个角反射的SAR卫星三维定位误差改正方法，包括以下步骤：

步骤1：获取星载SAR影像及其成像参数和轨道数据；成像参数包括初始成像方位向时刻t

步骤2：在频率域重建SAR影像信息，检测SAR影像中目标点位置，确定目标点在二维雷达图像坐标，即行列二维的亚像素坐标值(l

本实施例中，亚像素坐标值的确定是利用快速频率域插值法在重建SAR切片影像信息获得；该方法仅输入目标点领域内7×7的像素点f＝{f(x

步骤3：以SAR影像成像参数数据将亚像素坐标值(l

本实施例中，雷达影像坐标到雷达几何坐标转换中，公式如下：

由于方位向位置的确定与卫星平台运动相关，传统的方法是采用近似计算的。本实施例将卫星平台运动速度v

步骤4：获取目标点的雷达高程坐标c

本实施例中，

n景SAR影像数据构成多基线干涉SAR影像数据集，形成干涉相位矩阵

其中基线矩阵和距离矩阵构成了求解的对角系数矩阵

步骤5：将角反射器的大地坐标(X

本实施例中，引入单个角反射器提供的位置偏差量作为全局误差改正。SAR影像目标点定位过程中受传感器定时误差、方位向系统偏移、对流层和电离层延迟、地壳运动、地球固体潮、海潮负荷效应、极运动、大气潮汐荷载、参考点高程误差等多种误差的影响。在单景SAR影像中，这些误差呈现系统性或者空间相关性，且在雷达坐标系内(距离向、方位向、高程向)相互独立，可以通过求解三个方向的偏差量(Δa,Δr,Δc)来改正目标位置(a

步骤6：将(a

本实施例中，建立目标雷达高程向和大地高的关系：

H(c

将目标的雷达三维坐标位置(a

距离函数:

多普勒函数:

地球椭球函数:

其中，S(t

下面以公开获取的Sentinel-1卫星SAR影像处理为例，说明本发明的技术实施方案，但不应理解为对技术方案的限制。

Step1.获取多景SAR数据，并进行数据读取，影像配准，基线估计和干涉处理，其中干涉对的组合可以充分考虑基线条件进行。

Step2.对SAR影像中目标点进行图像级亚像素坐标提取，在目标点邻区做快速频率域插值，通过傅立叶变化到频率域补零完成，在局部区域选取强度最大的位置，即为目标点的亚像素图像坐标。

Step3.根据影像成像参数，将图像坐标转为几何坐标，此时是二维雷达几何坐标，即方位向和距离向。从干涉对的相位观测中，利用基于相位质量定权的最小二乘估计获取目标点的雷达高程坐标。方位向，距离向和高程向坐标描述了目标在雷达坐标系内的三维空间位置。

Step4.在SAR影像获取范围内的单个角反射器的大地坐标通过成像几何计算其在雷达坐标系内的三维位置，与从星载SAR影像中计算的三维坐标位置一起放入误差模型中，由于定时误差、方位向系统偏移、对流层和电离层延迟、地壳运动、地球固体潮、海潮负荷效应、极运动、大气潮汐荷载、参考点高程误差等多种误差的影响误差在整景影像中存在系统性和空间相关性，得到整个SAR影像目标点的在雷达坐标系内三个方向全局改正量。

Step5.将经过改正的雷达三维坐标代入距离-多普勒-地球椭球模型计算目标点的大地坐标，完成三维精密定位。

本发明不依赖于逐一改正系统误差、地球物理和传播途径延迟误差，利用地面角反射器建立统一改正模型，实现星载SAR影像目标的三维高精度定位；能有效提升星载SAR影像中目标点的三维定位精度。本发明提供了SAR影像目标的精密定位坐标，为SAR对地观测结果在地理坐标系的解译和与其他大地测量数据融合提供基础。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。