[發明專利]一種星載合成孔徑雷達影像的區域網平面平差方法

有效

• 申請號: 201910048589.5
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109709551B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張過;汪韜陽;蔣博洋
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01C11/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

1.一種星載合成孔徑雷達影像的區域網平面平差方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1，讀取衛星CCD陣列影像，選擇相鄰衛星影像重疊區域的同名點作為影像間的連接點，根據控制點位信息在衛星影像上刺出控制點和檢查點，并將連接點、控制點和檢查點的坐標信息存成相應的點文件；

步驟2，讀取衛星CCD陣列影像的RPC參數文件、連接點文件、控制點文件和檢查點文件，得到衛星CCD陣列影像的RPC模型以及控制點和檢查點的地面坐標、影像坐標和連接點的像點坐標；

步驟2中利用影像的RPC文件里的模型參數，構建影像的RPC模型，

其中RPC模型定義如下：

式(1)中：

(P，L，H)為正則化地面點坐標，與非正則化的地面點坐標(Latitude，Longitude，Height)，以下簡寫(lat，lon，h)的關系如式(2)；

(x，y)表示正則化影像坐標，與非正則化的影像坐標(s，l)的關系如式(3)；

Num_L(P，L，H)、Den_L(P，L，H)、Num_s(P，L，H)、Den_s(P，L，H)為三次多項式，不具有實際物理意義，下標L和S分別代表影像列和行：

Num_L(P，L，H)＝n₁+n₂L+n₃P+n₄H+n₅LP+n₆LH+n₇PH+n₈L²+n₉P²+n₁₀H²+n₁₁PLH+n₁₂L³+n₁₃LP²+n₁₄LH²+n₁₅L²P+n₁₆P³+n₁₇PH²+n₁₈L²H+n₁₉P²H+n₂₀H³

Den_L(P，L，H)＝m₁+m₂L+m₃P+m₄H+m₅LP+m₆LH+m₇PH+m₈L²+m₉P²+m₁₀H²+m₁₁PLH+m₁₂L³+m₁₃LP²+m₁₄LH²+m₁₅L²P+m₁₆P³+m₁₇PH²+m₁₈L²H+m₁₉P²H+m₂₀H³

Num_s(P，L，H)＝c₁+c₂L+c₃P+c₄H+c₅LP+c₆LH+c₇PH+c₈L²+c₉P²+c₁₀H²+c₁₁PLH+c₁₂L³+c₁₃LP²+c₁₄LH²+c₁₅L²P+c₁₆P³+c₁₇PH²+c₁₈L²H+c₁₉P²H+c₂₀H³

Den_s(P，L，H)＝d₁+d₂L+d₃P+d₄H+d₅LP+d₆LH+d₇PH+d₈L²+d₉P²+d₁₀H²+d₁₁PLH+d₁₂L³+d₁₃LP²+d₁₄LH²+d₁₅L²P+d₁₆P³+d₁₇PH²+d₁₈L²H+d₁₉P²H+d₂₀H³

三次多項式的系數n₁，…，n₂₀，m₁，…，m₂₀，c₁，…，c₂₀，d₁，…，d₂₀是RPC文件中提供的模型參數，b₁和d₁為1；

式(1)中的正則化地面點坐標定義為：

式(2)中：

LAT_OFF、LAT_SCALE、LONG_OFF、LONG_SCALE、HEIGHT_OFF、HEIGHT_SCALE為RPC文件中包含的地面點坐標正則化模型參數；

Latitude表示經度、Longitude表示緯度、Height表示高程，此三項即可代表地面點的空間坐標；

式(1)中的正則化影像坐標定義為：

式(3)中：

SAMP_OFF、SAMP_SCALE、LINE_OFF、LINE_SCALE為RPC文件中包含的影像坐標正則化模型參數；

Sample代表影像列坐標，其數值即為s；Line代表影像行坐標，其數值即為l，即影像中的坐標由(s，l)表示；

步驟3，確定地面點坐標和像方變換模型的初值；

步驟3中地面點的三維空間坐標通過逐次迭代計算方法求得，具體步驟包括：

1)建立前方交會誤差方程，求解地面點坐標改正數，聯立式(1)、(2)、(3)，得到未正則化的地面坐標和影像坐標的關系式

將式(4)按照泰勒級數展開成線性形式：

其中s⁰和l⁰為地面點p⁰坐標(lat₀，lon₀，h₀)帶入式(1)中得到的投影點影像坐標；p⁰坐標(lat₀，lon₀，h₀)為迭代的初值；

為各偏導項；

Δlat，Δlon，Δh為地面點改正數，由于使用DEM數據進行前方交會，因此這里Δh＝0，在之后省去相關項；

改寫式(5)得到誤差方程如下：

式(6)這里(v_s，v_l)為影像像點坐標的誤差項；

多個影像上的同名像點可以分別列出相應的誤差方程，聯立之后寫成矩陣形式如下：

V＝Ax-l，P (7)

這里的P矩陣為權矩陣，這里為單位矩陣；

由此可以得到地面點坐標(lat，lon，h)的改正數x＝(Δlat，Δlon)：

x＝(A^TPA)^-1A^TPl (8)

將式(8)解算得到的改正數x對地面點坐標進行改正，并將新的地面點坐標帶入DEM內插得到新的高程，即得到新的地面點p¹坐標(lat₁，lon₁，h₁)；

2)利用新的地面點p¹帶入1)中的進行解算，從而得到新的地面點改正數并更新地面點坐標，然后利用DEM內插高程；

3)重復迭代過程，得到地面點p²，…，pⁿ的坐標，直到兩次迭代的坐標更新值小于所設定的閾值后，結束迭代過程，即得到了前方交會后地面點的初值；

步驟4，利用量測得到像點坐標和對應的地面點坐標，針對連接點和控制點分別對定向參數和地面點坐標求偏導并逐點構建誤差方程，并將構建的誤差方程進行法化；

步驟5，對法方程利用譜修正法迭代估計求解改正定向參數和地面點坐標；

步驟6，利用更新的影像連接點地面點坐標和影像定向參數，重復步驟3-步驟5，通過迭代過程不斷更新地面點坐標和影像定向參數，當滿足定向參數中的平移參數均小于閾值時，整個平差迭代結束；當不滿足預設條件時，返回步驟3繼續迭代計算，直到滿足迭代收斂條件；如果迭代次數達到預設迭代次數，仍然不能收斂，那么迭代結束；

步驟7，每完成一次平差迭代時，計算出檢查點對應的地面點坐標，并同時計算此次平差能達到的物方精度；計算連接點的像方誤差，統計本次迭代能達到的像方精度；

步驟8，當整個平差迭代結束時，輸出所計算得到的定向參數改正數，以及平差物方精度和像方精度的精度報告，根據精度報告對平差效果進行評價。