專利名稱：一種基于r-d模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法
一種基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于攝影測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及到側(cè)視雷達(dá)遙感影像的幾何處理技術(shù)，具體的說(shuō)是涉及一種基于距離一多普勒(R-D)模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法。
背景技術(shù)：
雷達(dá)影像包括真實(shí)孔徑雷達(dá)影像和合成孔徑雷達(dá)(SAR)影像。側(cè)視雷達(dá)遙感影像的嚴(yán)格幾何構(gòu)像模型主要有基于傳感器狀態(tài)矢量、多普勒參數(shù)的模型和基于傳感器狀態(tài)矢量和姿態(tài)參數(shù)(外方位元素)的模型兩類。在各式各樣的雷達(dá)影像構(gòu)像模型中，R-D模型應(yīng)用得最為廣泛。以R-D模型為基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)控制點(diǎn)、稀少控制點(diǎn)及高山地合成孔徑雷達(dá)影像的糾正、SAR影像的立體定位等各種幾何處理均進(jìn)行了較充分的研究。近10年來(lái)， SAR影像的區(qū)域網(wǎng)平差處理也逐漸得到重視，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)研究，雖然雷達(dá)影像定位技術(shù)得到了廣泛的研究，但與光學(xué)遙感影像攝影測(cè)量軟件相比，國(guó)內(nèi)外仍缺少?gòu)V泛應(yīng)用的能夠穩(wěn)健、可靠地處理雷達(dá)遙感影像的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件，滿足稀少控制點(diǎn)條件下高分辨率機(jī)載SAR影像中大 比例尺地形測(cè)圖的研究仍鮮有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。穩(wěn)健性好，適用性強(qiáng)的SAR 影像幾何處理方法和系統(tǒng)仍然是未來(lái)一段時(shí)間攝影測(cè)量工作者重要的研究目標(biāo)。SAR遙感影像的定位雖然已有較深入的研究，定位精度也逐漸達(dá)到了測(cè)繪中大比例尺地圖精度的要求。
R-D模型是SAR影像定位應(yīng)用得最廣泛的模型，其由距離等式和多普勒等式構(gòu)成i (x-xv):-(；-;；r + (z-zv)2 = ^2
iI Vxs (Xy-X) + VkS Fs-F) + VzXZs-Z) = -fMj 丨 2
其中(X，Y，Z)為地面點(diǎn)坐標(biāo)，(Xs, Ys, Zs)為傳感器位置，(VXs, VYs, Vzs為傳感器的速度，fD表示成像時(shí)刻多普勒中心頻率，λ為發(fā)射脈沖波波長(zhǎng)，&為像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)測(cè)量距離。
將上式改寫成如下等式, Z1 = Cr- Xs)1 + (Y- Ys f + (Z- zv)2 -R = ο-^) + VM-O + VzXZs — ^ + Io^Rj/2 = 0
像點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的地物點(diǎn)地心直角坐標(biāo)系坐標(biāo)(X, Y, Z)的計(jì)算,通過式上式聯(lián)合考慮高程因子的精度無(wú)損地球橢球模型來(lái)進(jìn)行，地球橢球模型為X2+ Y2 Z2 t
-T +-- = I{β+Η)1
其中，A為地球橢球的長(zhǎng)半軸，B為地球橢球的短半軸，H為地面點(diǎn)的高程，從DEM 數(shù)據(jù)中提取。對(duì)于 WGS84 坐標(biāo)系，A = 6378137. Om, B = 6356752. 314m。
R-D模型誤差方程的一般形式以傳感器位置、速度、地面點(diǎn)坐標(biāo)和像點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)誤差作為未知數(shù)，對(duì)變形后的誤差方程進(jìn)行線性化，得到相應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值的誤差方程式
IvX = fRX-Xs + frYs^S + fRZ^Zs + fgy^Vy + ZgnJFy + fRVjVZ + fgjflX jT fRydY + f- 1RI^= IdJXs+fDrsdYs+fDZsdZs+fDrJVx + fDVYdVY + fD1^Vz + fDXdX + fd￥dY + fDZdZ- Id
當(dāng)前，遙感影像一般都帶有高精度POS數(shù)據(jù)和星歷數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)與這些輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，是提高稀少或無(wú)地面控制點(diǎn)條件下影像定向參數(shù)求解精度與穩(wěn)定性的有效方法。R-D模型符合SAR影像的成像機(jī)理，其本身是嚴(yán)密的，但是，其誤差方程直接根據(jù) R-D模型建立的距離條件和多普勒條件來(lái)建立，不是針對(duì)像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值。
對(duì)于光學(xué)遙感影像，嚴(yán)密攝影測(cè)量根據(jù)共線方程展開，共線方程可表示成如下函數(shù)
w) = fxXXs, Ys, Ζν,ω^φ,κ,尤 K Ζ)
式中，X、y為像點(diǎn)坐標(biāo)，X、Y、Z為地面點(diǎn)坐標(biāo)，Xs、Ys、Zs)為傳感器天線的空間坐標(biāo)，ω、φ、K為姿態(tài)角。
對(duì)誤差方程進(jìn)行線性化，得到相應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值的誤差方程式
[4 = f^dXs +fxZsdZs+fxJm + /邱卻 + /Jk + 厶I+ fK…dx - 4U = UdXs+fyrsdYs+fyZsdZs++ /1ψφ + + fyXdX^ /^F+ /y^Z+ dy- Iy
由于建立了像點(diǎn)坐標(biāo)為顯函數(shù)形式的誤差方程，可以進(jìn)行像點(diǎn)定向殘差的快速計(jì)算，并根據(jù)像點(diǎn)量測(cè)先驗(yàn)精度對(duì)其進(jìn)行定權(quán)。同時(shí)，光學(xué)影像的光束法平差根據(jù)像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)誤差的最小二乘(殘差平方和最小)來(lái)實(shí)現(xiàn)定向參數(shù)的解算，是一種最嚴(yán)密的影像空中三角測(cè)量方法。
對(duì)于目前的R-D方程進(jìn)行雷達(dá)影像的定位，由于像點(diǎn)坐標(biāo)信息隱藏在R-D方程中， 沒有建立起地面點(diǎn)坐標(biāo)與像點(diǎn)坐標(biāo)間明確的函數(shù)關(guān)系，所建立的誤差方程不是像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)(即SAR影像測(cè)量觀測(cè)值)的誤差方程，意味著像點(diǎn)坐標(biāo)的定向殘差不能由誤差方程直接計(jì)算得出，不利于像點(diǎn)量測(cè)或匹配坐標(biāo)粗差的剔除；誤差方程根據(jù)條件式來(lái)建立，沒有直接的精度信息，雷達(dá)影像數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)聯(lián)合平差時(shí)定權(quán)帶來(lái)不便；根據(jù)定向參數(shù)計(jì)算得到的像點(diǎn)坐標(biāo)定向殘差(像點(diǎn)坐標(biāo)改正數(shù)向量)直接體現(xiàn)了定位精度的高低，光學(xué)遙感影像的光束法平差正是利用這一特點(diǎn)，根據(jù)像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)誤差的最小二乘(殘差平方和最小)來(lái)實(shí)現(xiàn)定向參數(shù)的解算，是一種最嚴(yán)密的影像空中三角測(cè)量方法。而根據(jù)R-D條件式建立的虛擬觀測(cè)值最小二乘求解的結(jié)果，理論上不等同定向參數(shù)的解算結(jié)果也能使得定像點(diǎn)坐標(biāo)的定向殘差也能實(shí)現(xiàn)最小二乘。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高R-D (距離_多普勒)模型嚴(yán)密定位時(shí)聯(lián)合平差各觀測(cè)值的先驗(yàn)定權(quán)精度、方便誤差探測(cè)，提高稀少控制點(diǎn)條件下真實(shí)孔徑雷達(dá)影像或合成孔徑雷達(dá)(S A R)影像R-D模型嚴(yán)密定位的精度與平差解算的穩(wěn)定性、可靠性。
本發(fā)明根據(jù)給出的R-D誤差方程，根據(jù)誤差方程式直接計(jì)算像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)理論誤差，并根據(jù)先驗(yàn)精度實(shí)現(xiàn)各觀測(cè)值的定權(quán)，通過將原R-D方程轉(zhuǎn)變?yōu)橄顸c(diǎn)坐標(biāo)為顯函數(shù)形式的方程，使得像點(diǎn)坐標(biāo)作為攝影測(cè)量觀測(cè)值的屬性得到體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)影像觀測(cè)值的先CN 102914771 A書明說(shuō)3/7頁(yè)驗(yàn)定權(quán)和像點(diǎn)定向殘差的快速計(jì)算；聯(lián)合機(jī)載全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量航跡和速度精化模型參數(shù)虛擬觀測(cè)值和傳感器系統(tǒng)差檢校參數(shù)虛擬觀測(cè)值的誤差方程，實(shí)現(xiàn)高精度雷達(dá)影像的定位與定向。本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)通過以下步驟進(jìn)行
(I)將R-D方程表達(dá)式轉(zhuǎn)變?yōu)橄顸c(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)參數(shù)為因變量的顯函數(shù)形式方法為 對(duì)R-D模型的多普勒方程兩邊乘以系數(shù)Cx，距離變形為y為因變量的顯函數(shù)形式，即將R-D 方程
| 2[(,!--+ (； - +(Z-Zs)V^ilR -fn (X- As)2 + (,- }Wf + (Z-Zsf = {J% + Mr
變形為雷達(dá)像點(diǎn)坐標(biāo)顯函數(shù)形式的R-D方程(x =Jcr-[(A^-As)Fli +{Y-Ys)Vri +{Z-Zs)Vzy{lR)-Cr-Zp^
\ι-[ y = I 扎r-Xsf + (Y- Ysf + (Z- Zsf — Mr其中，Cx按下式計(jì)算Γ XiBn +Mr- r)
Cx =-1~X 2\V\Ma 2\J \M
cx為非0比例系數(shù)，X、Y、Z為地面點(diǎn)坐標(biāo)，Xs、Ys、Zs、VXs、VYs、Vzs為雷達(dá)傳感器天線中心狀態(tài)矢量，λ、fD、Rj為雷達(dá)波長(zhǎng)、多普勒頻率及相應(yīng)像點(diǎn)雷達(dá)實(shí)測(cè)距離。Rtl為初始斜距，y為像點(diǎn)列坐標(biāo)，χ為方位向像點(diǎn)坐標(biāo)，Mr為斜距分辨率，Ma為方位向分辨率，|V|為傳感器速度大小標(biāo)量。
像點(diǎn)坐標(biāo)顯函數(shù)形式的構(gòu)像方程建立了像點(diǎn)坐標(biāo)與地面點(diǎn)坐標(biāo)之間的函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，為SAR影像的定位處理帶來(lái)了方便。
(2)按下式建立傳感器位置、速度觀測(cè)值的精化模型
As ==為+ aQ +^1(Z-Z0)Xy:+ 4) +Zs-+ C0 +T1(Z-Z0)=&sCt + eO + 弓(Z-4)匕S 二--K,,+ /ο +/1/-/0)1Vzs--:Vzs,
上述兩式中，h為參考時(shí)刻，a0> b0> C0> a” C1為傳感器位置和速度誤差改正模型參數(shù)，Xs0, Ys0, Zs0為通過初始POS值轉(zhuǎn)換并內(nèi)插得到的t時(shí)刻傳感器天線中心位置初值，Vxso> Vyso, Vzso為內(nèi)插得到的t時(shí)刻傳感器速度初值。
將上式代入步驟(I)中雷達(dá)像點(diǎn)坐標(biāo)顯函數(shù)形式的R-D方程中，得到含有傳感器位置和速度精化模型參數(shù)的像點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)為因變量的顯函數(shù)構(gòu)像方程。
(3)雷達(dá)影像像點(diǎn)坐標(biāo)誤差方程的以傳感器位置速度精化模型參數(shù)、地面點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)和像點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)誤差參數(shù)作為未知數(shù)，對(duì)變形后的像方坐標(biāo)顯函數(shù)形式的R-D方程進(jìn)行線性化得到
=Σ/μ+Σλλ+YJji+Yj士+U+ΣΛλ +/^r+/xrdr+/rzi/z+dX, - ix/=0/=0/=O/=O/=0/=16
其中vx,vy為像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)改正數(shù)向量，lx、Iy為誤差方程常數(shù)項(xiàng)，fxai、fxbi、fxci> fxei> frfi、fxgi、fyai, fybi^fyc^fye^ fyfi > fygi (l = l, 2)為誤差方程傳感器位置和速度精化模型系數(shù)未知數(shù)系數(shù)，fxX、fxY、fxZ、fyX、fyY、fyz為誤差方程地面點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)系數(shù)，dXp dy0分別為方位向和距離向系統(tǒng)誤差參數(shù)；
傳統(tǒng)的R-D模型影像定位的誤差方程是直接對(duì)距離方程和多普勒方程條件式進(jìn)行線性化來(lái)得到的，所得的誤差方程不是影像測(cè)量觀測(cè)值的誤差方程，本發(fā)明克服了這一不足，根據(jù)本發(fā)明提供的誤差方程，可以直接用來(lái)計(jì)算像點(diǎn)的定向殘差，可以直接根據(jù)像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)精度對(duì)誤差方程對(duì)應(yīng)的觀測(cè)值進(jìn)行定權(quán)。
(4)將步驟3中像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值誤差方程與地面點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值誤差方程、傳感器位置和姿態(tài)精化模型參數(shù)虛擬觀測(cè)值誤差方程以及檢校參數(shù)虛擬觀測(cè)值一起組成方程組， 得SAR影像定向參數(shù)解算的誤差方程組 ^ / BJ / B ……/;,
其中
Vxy, Vg, VtVs為像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)、地面點(diǎn)坐標(biāo)、傳感器位置精化模型和傳感器檢校參數(shù)的觀測(cè)值和虛擬觀測(cè)值改正數(shù)向量；g、t、s分別代表地面點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)[X，Y，Z]、每景影像 POS 觀測(cè)值漂移參數(shù)[a0，b0, c0, a” b” C1, e0, f0, g0, e1； f1； gj 和傳感器檢校參數(shù)[dx0, dy0] 的未知數(shù)向量；Bg、Bt、Bs、Eg、E0Es為相應(yīng)未知數(shù)系數(shù)的設(shè)計(jì)矩陣；Lxy、Lg、Lt、Ls分別代表像點(diǎn)坐標(biāo)、地面點(diǎn)坐標(biāo)、每景影像觀測(cè)值精化參數(shù)觀測(cè)值和虛擬觀測(cè)值誤差方程常數(shù)項(xiàng)向量; Pxy、Pg、Pt、Ps代表各觀測(cè)值或虛擬觀測(cè)值的權(quán)。其中PtS [aQ，bQ，c。，&1，bp C1]的權(quán)向量，其中％，b0, C0為傳感器位置精化模型常數(shù)項(xiàng)，其精度與傳感器位置測(cè)量精度一致，B1, b1； C1為傳感器位置隨時(shí)間的漂移系數(shù)，其精度與傳感器的速度精度一致。％，f0, go為速度精化模型常數(shù)項(xiàng)，其精度與傳感器的速度測(cè)量精度一致，e1； f1； gl為傳感器隨時(shí)間的漂移系數(shù)，其精度與傳感器的加速度測(cè)量精度一致。Pg為地面點(diǎn)坐標(biāo)X、Y、Z的權(quán)，X、Y、Z的精度與地面點(diǎn)的測(cè)量精度一致，Ps為dx，dy的權(quán)，dx0, dy0的精度大小與行列方向存在的系統(tǒng)差標(biāo)定精度或統(tǒng)計(jì)精度一致。
與其它定位方法相比，本發(fā)明基于R-D模型的定權(quán)能夠根據(jù)像點(diǎn)量測(cè)精度直接計(jì)算，克服了傳統(tǒng)的R-D誤差方程不同位置量測(cè)的點(diǎn)其權(quán)值不同的缺點(diǎn)，有利于雷達(dá)影像和 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差處理，在大量雷達(dá)影像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差時(shí)，有利于影像處理的嚴(yán)密性和便捷性。
(5)按最小二乘求解定向參數(shù)g，t，S，同時(shí)根據(jù)誤差方程求解各像點(diǎn)坐標(biāo)的理論誤差，對(duì)誤差明顯偏大的點(diǎn)進(jìn)行檢查，編輯。重復(fù)計(jì)算定向參數(shù)并計(jì)算各像點(diǎn)的定向殘差，直至各殘差小于指定閾值，輸出平差結(jié)果。
(6)根據(jù)精化后的定向參數(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)影像的幾何處理與對(duì)地定位。
與其它方法相比，本發(fā)明可以根據(jù)給出的誤差方程直接計(jì)算各像點(diǎn)的定向殘差， 克服了傳統(tǒng)的定向殘差需要通過迭代計(jì)算像點(diǎn)理論坐標(biāo)，并根據(jù)理論坐標(biāo)和量測(cè)坐標(biāo)之間CN 102914771 A說(shuō)明書5/7 頁(yè)的差異來(lái)計(jì)算定向殘差的復(fù)雜方法，有利于提高計(jì)算效率。


圖I是本發(fā)明提供的基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過建立雷達(dá)影像像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)值、GPS觀測(cè)值以及與傳感器檢校參數(shù)觀測(cè)值的聯(lián)合平差來(lái)實(shí)現(xiàn)SAR影像的嚴(yán)密定位，流程可參見附圖I。本發(fā)明的SAR影像基于 R-D方程的嚴(yán)密定位包括以下步驟
I、將R-D方程表達(dá)式轉(zhuǎn)變?yōu)橄顸c(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)顯函數(shù)形式方法為對(duì)R-D模型的多普勒方程兩邊乘以系數(shù)Cx，距離變形為I的顯函數(shù)形式，即將R-D方程\2\{X-Xs)VXi +{Y-},WIs + {Z-Zs)FZi)IX^ -Λ= O
{，,'{{X-AsY + {Y-Ysf + (Z-Zs)2 = (4 +Mr ·γγ
變形為(x=2cr-[(Jr-As)rTs +(V-YsWrs +{Z-Zs)VZs/{XRJ)-cx ·Λ =0
I,-[j· = U(X- Jsf + (F- Fsf + (Z- Zsf -Ji0VMr·
其中，cx按下式計(jì)算λΕ+ Mr · v)「00541 C —----= -“"2\V\Ma 2\V\Ma
cx為非0比例系數(shù)，X、Y、Z為地面點(diǎn)坐標(biāo)，Xs、Ys、Zs、VXs、VYs、Vzs為傳感器天線中心狀態(tài)矢量，λ、fD、Rj為雷達(dá)波長(zhǎng)、多普勒頻率及像點(diǎn)對(duì)應(yīng)目標(biāo)的雷達(dá)波實(shí)測(cè)距離。R0為初始斜距，y為像點(diǎn)列坐標(biāo)，X為方位向像點(diǎn)坐標(biāo)，Mr為斜距分辨率，Ma為方位向分辨率，V 為傳感器速度大小標(biāo)量。
2、按下式建立傳感器位置、速度觀測(cè)值的精化模型Xs-Xs^ + a0 +^1(Z-Z0)=+ 么 + A (, — ,ο )Zs ^ Zs0+C0+C1(Z-Z0)
< r r^Xs = + eO + 弓(,-4)Ks = +/θ +/(,-,0)1 Vzs = Vzm+ gx{t-Q
上述兩式中，h為參考時(shí)刻，a0> b0> C0> a” C1為傳感器位置和速度誤差改正模型參數(shù)，XS0> Ys。、Zso為通過初始POS值轉(zhuǎn)換并內(nèi)插得到的t時(shí)刻傳感器天線中心位置初值，Vxs0> VYs0, Vzs0為內(nèi)插得到的t時(shí)刻傳感器速度初值。
將上式代入步驟I中雷達(dá)像點(diǎn)坐標(biāo)顯函數(shù)形式的R-D方程中，得到含有傳感器位置和速度精化模型參數(shù)的像點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)為因變量的顯函數(shù)構(gòu)像方程。
3、雷達(dá)影像像點(diǎn)坐標(biāo)的誤差方程以傳感器位置速度精化模型參數(shù)、地面點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)和像點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)誤差參數(shù)作為未知數(shù)，對(duì)變形后的像方坐標(biāo)顯函數(shù)形式的R-D方程進(jìn)行線性化得到8
r ΣΛ,λ+Σ/λ4 + ΣΛλ+ΣΛλ+YjLfifi+Σ·4#,. +f,Ar+/^r+Azdz+Λο -Ki=0/-O/=U/=O/i=0/=1=Σ兒λ+ +乞&+幺人一土厶乂+土么務(wù)+厶說(shuō)+厶辦+厶忍+辦。-4
其中vx，Vy為像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)改正數(shù)向量，lx、Iy為誤差方程常數(shù)項(xiàng)，fxai、fxbi、fxci> fxei > fxfi > fxgi > fyai > fybi > fyci > fyei > fyfi > fygi ( = 0, I)為誤差方程傳感器位置和速度精化模型系數(shù)未知數(shù)系數(shù)，fxX、fxY、fxZ、fyX、fyY、fyz為誤差方程地面點(diǎn)坐標(biāo)未知數(shù)系數(shù)，dXp dy0分別為方位向和距離向系統(tǒng)誤差參數(shù)；
其中，各誤差方程系數(shù)的計(jì)算式為'4/ = -(JT-As)(/-/J /[Mr^iT-+ (F-Fsf +(Z-Zs)2 ] =-{Y- rs)(/-Z0Y /[Mr^- Xsf + (F-Fsf + (Z-Zi)2 ] =-(Z- Ζ ( - 0 Y /[Μ」(JT- Xsf + {Y- Ysf + (Z-Zs)1 ]
fmi=-2crx{t-kifxi-i = -2^/;-(/-/0)71 {λ Iij) 具 Rj)Ixei = 2cx(X-mf-Q' !(IR) Zxff = Icr(Y-Ys)U-QiKXRj) ' frg, = 2cXZ-Zs)it-tJ!{XR) /^ = IcxFrIiXJij) fxY = IcFrIiXR)Zrz = IcVzI(XRj)常數(shù)項(xiàng)lx、Iy的計(jì)算式為[.=X-JT0y§>fvX = (I— Λ ) !{Mr4{X- Ji)2 + (J,—Ysf + (Z— Zr)2 ] ={￥- Ys) /[Mr Jjf +(F-Is)2 +(Z-Zsf] /rZ = (Z- Zs) l[Mr4{X~ 財(cái) + {Y- Ysf + (Z-Zr)2 ]v = y-y
其中x，y為像點(diǎn)量測(cè)值，Λ y°為根據(jù)定向參數(shù)計(jì)算得到的理論值。
4、將像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值誤差方程與地面點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值誤差方程和傳感器位置、速度精化模型參數(shù)虛擬觀測(cè)值誤差方程一起組成方程組，得雷達(dá)影像定向參數(shù)解算的誤差方程組ι B/ι ^s-Lii ……Pxv
K其中I/■>-\、\、Vs為像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)、地面點(diǎn)坐標(biāo)、傳感器位置和速度精化模型和傳感器檢校參數(shù)的觀測(cè)值和虛擬觀測(cè)值改正數(shù)向量；g、t、s分別代表地面點(diǎn)坐標(biāo)增量、每景影像 POS觀測(cè)值漂移參數(shù)和傳感器檢校參數(shù)的未知數(shù)向量；Bg、B0 Bs、Eg、Et、Es為相應(yīng)未知數(shù)系數(shù)的設(shè)計(jì)矩陣；Lxy、Lg、Lt、Ls分別代表像點(diǎn)坐標(biāo)、地面點(diǎn)坐標(biāo)、每景影像觀測(cè)值精化參數(shù)觀測(cè)值和虛擬觀測(cè)值誤差方程常數(shù)項(xiàng)向量；Pxy、Pg、Pt、Ps代表各觀測(cè)值或虛擬觀測(cè)值的權(quán)向量， 它們根據(jù)相關(guān)觀測(cè)值的先驗(yàn)精度進(jìn)行計(jì)算。Pt為[a0，b0，C0A1A, C1]的權(quán)向量，其中aQ、bQ、 C0為傳感器位置精化模型常數(shù)項(xiàng)，其精度與傳感器位置測(cè)量精度一致，Bpb1W1為傳感器位置隨時(shí)間的漂移系數(shù)，其精度與傳感器的速度精度一致。％、&、&為速度精化模型常數(shù)項(xiàng)，9其精度與傳感器的速度測(cè)量精度一致，為傳感器隨時(shí)間的漂移系數(shù)，其精度與傳感器的加速度測(cè)量精度一致。Pg為地面點(diǎn)坐標(biāo)[X，Y，Z]的權(quán)向量，X、Y、Z的精度與地面點(diǎn)的測(cè)量精度一致，Ps為dx，dy的權(quán)向量，dx、dy的精度大小與行列方向存在的系統(tǒng)差檢校精度或統(tǒng)計(jì)精度一致。
5、按最小二乘求解定向參數(shù)g、t、S，若第3步中的誤差方程組簡(jiǎn)寫成
V = BX-L P
V 代表 Vxy、Vg> Vt> Vs, B 代表 Bg、Bt> Bs、Eg、Et > Es, L 代表 Lxy、Lg> Lt、Ls, X 代表 g、t、 s，P代表Pxy、Pg、Pt、Ps,則誤差方程X的解按下式計(jì)算
X = (BtPB) (BtPL)
同時(shí)根據(jù)步驟3中的誤差方程求解各像點(diǎn)坐標(biāo)的理論誤差，對(duì)誤差明顯偏大的點(diǎn)進(jìn)行檢查，編輯。重新計(jì)算各點(diǎn)定向殘差，直至各殘差小于指定閾值，輸出各影像的平差結(jié)果O
6、根據(jù)定向參數(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)影像的幾何處理與對(duì)地定位。即根據(jù)精化后的定向參數(shù)對(duì)影像進(jìn) 行糾正，或利用多片進(jìn)行立體定位，或結(jié)合影像匹配結(jié)果實(shí)現(xiàn)三維信息DSM和DEM 的提取。
與其它方法相比，本發(fā)明可以根據(jù)給出的誤差方程直接計(jì)算各像點(diǎn)的定向殘差， 克服了傳統(tǒng)的定向殘差需要通過迭代計(jì)算像點(diǎn)理論坐標(biāo)，并根據(jù)理論坐標(biāo)和量測(cè)坐標(biāo)之間的差異來(lái)計(jì)算定向殘差的復(fù)雜方法，有利于提高計(jì)算效率。并且在雷達(dá)影像測(cè)量觀測(cè)值的先驗(yàn)定權(quán)、像點(diǎn)定向殘差快速計(jì)算與粗差剔除、以及雷達(dá)影像與其它數(shù)據(jù)的聯(lián)合處理、提高平差解算的精度、效率與穩(wěn)定性等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法，其特征在于根據(jù)R-D模型建立了影像觀測(cè)值的誤差方程，按其誤差方程式直接計(jì)算像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)理論誤差，并根據(jù)先驗(yàn)精度實(shí)現(xiàn)各觀測(cè)值的定權(quán)，包括以下步驟(I)將R-D模型改變?yōu)橄顸c(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)為因變量的顯函數(shù)方程；(2)建立傳感器位置、速度觀測(cè)值的精化模型，并將該模型代入到步驟(I)建立的方程中，構(gòu)建含有精化模型參數(shù)的顯函數(shù)形式的構(gòu)像方程；(3)以傳感器位置、速度精化模型參數(shù)、地面點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)和影像方位、距離向系統(tǒng)差等參數(shù)為未知數(shù)進(jìn)行線性化，建立基于R-D模型的雷達(dá)影像像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值誤差方程；(4)將步驟(3)中像點(diǎn)坐標(biāo)誤差方程與POS觀測(cè)值的精化模型參數(shù)、傳感器檢校參數(shù)、地面點(diǎn)坐標(biāo)等觀測(cè)值或虛擬觀測(cè)值的誤差方程一起組成誤差方程組，并根據(jù)相關(guān)觀測(cè)值的先驗(yàn)精度對(duì)各觀測(cè)值進(jìn)行定權(quán)；(5)迭代解算各種定向未知數(shù)、地面點(diǎn)坐標(biāo)值，并根據(jù)誤差方程計(jì)算像點(diǎn)定向殘差，實(shí)現(xiàn)粗差的剔除；(6)根據(jù)定向參數(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)影像的幾何處理與對(duì)地定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法，其特征在于 所述步驟(I)中，將R-D方程表達(dá)式轉(zhuǎn)變?yōu)橄顸c(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)參數(shù)為因變量的顯函數(shù)形式方法如下所述，即對(duì)R-D模型的多普勒方程兩邊乘以系數(shù)Cx，同時(shí)將距離方程變形為y為因變量的顯函數(shù)形式，即將現(xiàn)有的R-D方程
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法，其特征在于 所述步驟(2)中，傳感器位置、速度觀測(cè)值的精化模型的構(gòu)建按下述公式進(jìn)行
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法，其特征在于 所述步驟(3)中，雷達(dá)影像像點(diǎn)坐標(biāo)誤差方程的以傳感器位置速度精化模型參數(shù)、地面點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)和影像像點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)誤差參數(shù)作為未知數(shù)，對(duì)變形后的顯函數(shù)形式的R-D方程進(jìn)行線性化得到
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法，其特征在于 所述步驟(4)中，像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值誤差方程與地面點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值誤差方程和POS觀測(cè)值精化模型參數(shù)的誤差方程一起組成方程組，得到雷達(dá)影像定向參數(shù)解算的誤差方程組
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法，其特征在于 所述步驟(4)中，根據(jù)先驗(yàn)精度對(duì)各觀測(cè)值進(jìn)行定權(quán)，Pt為[^，k，C(l，&1，匕，C1]的權(quán)向量， 其中^ b0, C0為位置精化模型常數(shù)項(xiàng)，其精度與傳感器位置測(cè)量精度一致，B1, b1； C1為傳感器位置隨時(shí)間的漂移系數(shù)，其精度與傳感器的速度精度一致；％，&，go為速度精化模型常數(shù)項(xiàng)，其精度與傳感器的速度測(cè)量精度一致，e1； f1； gl為傳感器隨時(shí)間的漂移系數(shù)，其精度與傳感器的加速度測(cè)量精度一致，Pg為地面點(diǎn)坐標(biāo)[X，Y，Z]的權(quán)，X，Y，Z的精度與地面點(diǎn)的測(cè)量精度一致，Ps為dx，dy的權(quán)，dx、dy的精度大小與行列方向存在的系統(tǒng)誤差標(biāo)定精度或統(tǒng)計(jì)精度一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于R-D模型的側(cè)視雷達(dá)影像嚴(yán)密定位方法，其特征在于 所述步驟(5)中，按最小二乘求解定向參數(shù)g、t、s，同時(shí)根據(jù)步驟(3)建立的誤差方程和精化后的定向參數(shù)求解各像點(diǎn)坐標(biāo)的定向殘差，對(duì)誤差明顯偏大的點(diǎn)進(jìn)行檢查，編輯或剔除； 對(duì)編輯后的像點(diǎn)重新計(jì)算定向參數(shù)和各像點(diǎn)的定向殘差，直至各殘差小于指定閾值，輸出平差結(jié)果。
全文摘要
一種基于R-D模型嚴(yán)密定位多源數(shù)據(jù)聯(lián)合平差方法，其特點(diǎn)是通過對(duì)R-D模型的改造，建立了側(cè)視雷達(dá)影像像點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)為因變量的顯函數(shù)形式構(gòu)像方程和誤差方程，能夠根據(jù)誤差方程式直接計(jì)算像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)理論誤差；通過建立的側(cè)視雷達(dá)影像像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值，聯(lián)合POS觀測(cè)值、傳感器檢校參數(shù)、地面點(diǎn)坐標(biāo)等其它觀測(cè)值的誤差方程組成的誤差方程組，實(shí)現(xiàn)側(cè)視雷達(dá)影像觀測(cè)值與非雷達(dá)影像觀測(cè)值的聯(lián)合平差，并根據(jù)相關(guān)觀測(cè)值的先驗(yàn)精度對(duì)各觀測(cè)值進(jìn)行定權(quán)。本發(fā)明對(duì)于提高稀少控制點(diǎn)條件下R-D模型空中三角測(cè)量平差解算的穩(wěn)定性、可靠性、精度、計(jì)算效率有重要作用。
文檔編號(hào)G01S13/89GK102914771SQ20121038865
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者程春泉, 張繼賢, 黃國(guó)滿, 趙爭(zhēng), 楊書成 申請(qǐng)人:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院