稀少控制的多平台星载SAR联合几何定标方法

发布时间：2020-03-19 14:16

【摘要】：合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有高精度几何定位能力。然而,由于卫星轨道及成像参数等存在误差,制约着SAR影像的几何定位精度。几何定标技术可以实现误差的探测及消除,是实现SAR影像高精度定位的关键,也是提升SAR系统在无控制点情况下几何定位精度的主要途径之一。尤其近年来,随着高分三号(GF-3)等国产SAR卫星的陆续发射,迫切需要对星载SAR几何定标技术展开深入的研究,以促进国产SAR卫星的发展和应用。几何定标通常采用地面控制点获取距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)模型中的精确几何参数,用以完成星载SAR影像高精度几何定位。但在广域范围内,特别是高山地区域,控制点极难获取。此外,传统定标方法仅面向单一平台SAR影像,尚不能实现多平台影像的联合几何定标。针对上述问题,本文提出了一种基于稀少控制的多平台星载SAR联合几何定标方法。该方法从包含实测控制点的主影像出发,使用点位追踪算法获取主影像与从影像之间的连接点,并以连接点为桥梁逐级完成从影像的几何定标。本文采用京津冀地区南北向分布共计235 km的3景TerraSAR-X、3景TanDEM-X、5景GF-3影像进行联合几何定标试验,仅使用5个控制点即完成了所有影像的几何定标,并利用GNSS接收机采集实测GPS点进行精度评价。结果表明基于稀少控制点定标后的TSX/TDX影像的几何定位精度优于3 m,GF-3影像的几何定位精度优于7.5 m,验证了该方法的有效性和正确性。本文的主要内容和工作如下:(1)研究了 SAR成像严密几何定位模型。以目前广泛使用的距离-多普勒模型为切入点,对R-D模型的构建与推导、SAR卫星轨道的拟合描述以及几何定标模型的构建与解算进行了详细阐述与分析。(2)研究了基于R-D模型的直接几何定位和间接几何定位算法,建立了卫星传感器与地物点之间的映射关系。并在此基础上,介绍了两种相对应的地理编码方法,即直接地理编码和间接地理编码,以实现几何定标后的SAR影像从影像坐标空间到投影坐标空间的转换。(3)提出了一种联合几何定标新方法,并详细阐述了该方法的核心算法,包括连接点点位追踪算法和基于SRTM的连接点大地坐标获取算法。设计了联合几何定标处理的技术流程,可基于稀少控制点实现多景、多平台SAR影像的几何定标,表明了该方法的兼容性和通用性。(4)基于MFC环境开发了联合几何定标软件,使用京津冀地区的3景TerraSAR-X、3景TanDEM-X、5景GF-3影像进行了几何定标试验,并利用82个GPS点进行精度评价,试验结果验证了该方法的有效性和正确性。
【图文】：

影像,条带,扫描成像,雷达天线

扫描成像模式下，在一次成像时间内，雷达天线将沿着距离向进行数次往逡逑返扫描，共享多个独立子刈幅的成像时间，最终拼合成一个完整的影像覆盖区逡逑域，如图１．２所示。相比于条带模式，扫描模式可获得更宽的测绘宽带，但其方逡逑位向分辨率将会下降。常见的采用扫描成像模式的ＳＡＲ卫星包括Ｒａｄａｒｓａｔ－１／２、逡逑ＥＮＶＩＳＡＴＡＳＡＲ、ＴｅｒｒａＳＡＲ－Ｘ、ＣＯＳＭＯ－ＳｋｙＭｅｄ、ＨＪ－１Ｃ邋和邋ＧＦ－３邋等。逡逑＿逡逑图１．２扫描成像模式逡逑Ｆｉｇｌ．２邋ＳｃａｎＳＡＲ邋ｉｍａｇｉｎｇ邋ｍｏｄｅ逡逑聚束成像模式下，雷达天线可以灵活摆动，使其始终对准某一固定场景，如逡逑３所示。通过对雷达入射角的控制，聚束模式可以提高方位向的累积扫描时逡逑４逡逑

模式图,扫描成像,模式

绪论逡逑ＧＦ－３邋等。逡逑图１．１条带成像模式逡逑Ｆｉｇｌ．ｌ邋ＳｔｒｉｐＭａｐ邋ｉｍａｇｉｎｇ邋ｍｏｄｅ逡逑扫描成像模式下，在一次成像时间内，雷达天线将沿着距离向进行数次往逡逑返扫描，共享多个独立子刈幅的成像时间，，最终拼合成一个完整的影像覆盖区逡逑域，如图１．２所示。相比于条带模式，扫描模式可获得更宽的测绘宽带，但其方逡逑位向分辨率将会下降。常见的采用扫描成像模式的ＳＡＲ卫星包括Ｒａｄａｒｓａｔ－１／２、逡逑ＥＮＶＩＳＡＴＡＳＡＲ、ＴｅｒｒａＳＡＲ－Ｘ、ＣＯＳＭＯ－ＳｋｙＭｅｄ、ＨＪ－１Ｃ邋和邋ＧＦ－３邋等。逡逑＿逡逑图１．２扫描成像模式逡逑Ｆｉｇｌ．２邋ＳｃａｎＳＡＲ邋ｉｍａｇｉｎｇ邋ｍｏｄｅ逡逑聚束成像模式下，雷达天线可以灵活摆动，使其始终对准某一固定场景，如逡逑３所示。通过对雷达入射角的控制，聚束模式可以提高方位向的累积扫描时逡逑４逡逑
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P237

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