本發(fā)明屬于遙感影像的數(shù)字攝影測量領域，特別涉及一種機載極化干涉合成孔徑雷達影像的干涉定標方法。

背景技術：

極化干涉合成孔徑雷達干涉測量(polarimetricinterferometricsyntheticapertureradar，polinsar)作為一種主動的微波遙感技術在地形測繪已經(jīng)顯現(xiàn)出越來越大的優(yōu)勢。合成孔徑雷達(syntheticapertureradar，sar)影像的相位信息是提取高精度地形和高度信息關鍵步驟,極化干涉合成孔徑雷達通過組合多種極化方式的sar影像進一步提高了地形和高度的測量精度。針對機載極化干涉合成孔徑雷達傳感器，獲取的影像極易受到各極化通道發(fā)射或接收信號不同步，飛行姿態(tài)誤差，相位噪聲等誤差源的影響，從而造成了各極化方式干涉相位的偏移和基線、基線傾角、斜距、多普勒頻率幾何參數(shù)的誤差。因此，需要對機載極化干涉合成孔徑雷達影像進行干涉定標，實現(xiàn)對機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)和絕對相位的改正。

一般來說，機載極化干涉合成孔徑雷達影像干涉定標方法主要有：(1)一類方法是利用地面的控制點對機載極化干涉合成孔徑雷達影像實現(xiàn)相位的絕對改正。該方法沒有對幾何參數(shù)進行改正，因此該方法實現(xiàn)的前提條件是機載平臺穩(wěn)定，幾何參數(shù)不存在誤差。(2)另一類方法選擇電磁波波前為平面并通過假定地面為平地來構(gòu)建簡化的幾何模型，估計基線等幾何參數(shù)精度低，直接影響了后續(xù)地形和高度的測量精度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于發(fā)展一種新的針對機載極化干涉合成孔徑雷達影像的干涉定標方法，該方法通過地面少數(shù)控制點改正機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)和絕對相位，實現(xiàn)了高精度的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的干涉定標。

本發(fā)明的技術方案具體如下面所描述：該方法針對獲取的機載極化干涉合成孔徑雷達影像,主要包括以下步驟1)獲取極化干涉合成孔徑雷達影像和采集地面控制點三維坐標；2)生成4種極化方式的干涉圖,選取1幅基準的極化方式的干涉圖，實現(xiàn)其它3種極化方式的干涉圖的極化干涉相對定標；3)對基準的極化方式的干涉圖和相對定標的其它極化方式的干涉圖進行相位解纏；4)基于機載sar嚴密幾何模型構(gòu)建絕對干涉定標誤差方程，利用地面控制點求解機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)和基準解纏干涉圖對應的解纏相位組成的改正向量；5)將求解的改正向量和極化干涉相對定標的相位改正量依次應用到機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)和輔天線極化sar影像集上，實現(xiàn)包括幾何參數(shù)改正和絕對相位改正的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的極化干涉絕對定標。

進一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟1)中，獲取機載極化干涉合成孔徑雷達影像,它由2個極化sar影像集組成,第1個為主天線極化sar影像集，第2個為輔天線極化sar影像集。機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)主要包括基線長度、基線傾角、斜距和多普勒頻率，主天線和輔天線極化sar影像集的幾何參數(shù)一致；每個極化sar影像集包含4種極化方式為hh、hv、vh和vv極化，2個極化sar影像集包括主天線hh，hv,vh和vv極化sar影像和輔天線hh，hv,vh和vv極化sar影像，總共8幅極化sar影像。主天線和輔天線極化sar影像集中對應不同極化方式的2幅影像集分別組成hh極化sar影像對，hv極化sar影像對，vh極化sar影像對和vv極化sar影像對。所述hh表示水平發(fā)射/水平接收狀態(tài)，所述hv表示水平發(fā)射/垂直接收狀態(tài)，所述vh表示垂直發(fā)射/水平接收狀態(tài)，所述vv表示垂直發(fā)射/垂直接收狀態(tài)。通過野外測量采集得到2對極化sar影像集上n(3～5)個控制點的三維坐標[xg(1)yg(1)zg(1)lxg(n)yg(n)zg(n)]，xg(1)yg(1)zg(1)為第1個控制點分別在空間直角坐標系下的三維坐標，xg(n)yg(n)zg(n)為第n個控制點分別在空間直角坐標系下的三維坐標。

進一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟2)中，依次對hh極化sar影像對，hv極化sar影像對，vh極化sar影像對和vv極化sar影像對進行共軛相乘計算，形成hh，hv，vh和vv極化方式的干涉圖。分別提取hh，hv，vh和vv極化方式的干涉圖中n個控制點位置上的相位值，選取任意極化方式的干涉圖為基準干涉圖，作為示例，此處選取hh極化方式的干涉圖為基準干涉圖，hv，vh和vv極化方式的干涉圖中每個控制點位置上的相位值分別減去hh極化方式的干涉圖的相位值，平均計算后得到相位改正量△φhv，△φvh和△φvv，hh極化方式的干涉圖相位不變，hv，vh和vv極化方式的干涉圖相位通過公式(1)實現(xiàn)干涉圖的極化干涉相對定標。

公式(1)中,φhv，φvh和φvv分別為相對定標前的hv，vh和vv極化方式的干涉圖的相位，和分別為極化干涉相對定標后hv，vh和vv極化方式的干涉圖的相位。

進一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟3)中，依次對基準干涉圖和極化干涉相對定標后干涉圖進行相位解纏，基準干涉圖為hh極化方式的干涉圖，極化干涉相對定標后干涉圖為hv、vh和vv極化方式的干涉圖，形成解纏后的hh，hv，vh和vv極化方式的解纏干涉圖，對應的解纏相位表示為：和

進一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟4)依據(jù)機載sar嚴密的幾何模型對n個控制點構(gòu)建絕對干涉定標誤差方程，如公式(2)所示：

v＝aδx-f°(2)

公式(2)中,v代表1…n個控制點三維坐標的誤差組成的向量，δx代表待求解的改正向量，它由基線長度改正量δbl，基線傾角改正量δbα，斜距改正量δr0，多普勒頻率改正量δfd和解纏相位改正量組成的向量，a為系數(shù)矩陣，f°為機載sar嚴密幾何模型在初始的幾何參數(shù)和n個控制點的解纏相位(k)上的值，初始的幾何參數(shù)為基線長度bl、基線傾角ba、斜距r0和多普勒頻率fd；

選取獲取的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)和基準解纏干涉圖(hh極化方式的解纏干涉圖)上n個控制點的解纏相位作為初始的幾何參數(shù)和解纏相位，基于絕對干涉定標誤差方程對n個控制點應用最小二乘準則，迭代求解機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)和基準解纏干涉圖對應解纏相位組成的改正向量δx，直到絕對相位定標誤差方程解的誤差小于給定限差為止。

進一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟5)將絕對干涉定標誤差方程求解的改正向量δx和極化干涉相對定標的相位改正量△φhv，△φvh和△φvv依次應用到機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)和輔天線極化sar影像集上，實現(xiàn)包括幾何參數(shù)改正和絕對相位改正的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的極化干涉絕對定標。

a)幾何參數(shù)改正：

因為主天線和輔天線極化sar影像集的幾何參數(shù)是一致，因此通過改正向量δx改正后，機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)變?yōu)椋?/p>

公式(3)中，基線長度bl，基線傾角ba，斜距r0和多普勒頻率fd是初始的幾何參數(shù)，δbl是基線長度改正量，δbα是基線傾角改正量，δr0是斜距改正量，δfd多普勒頻率改正量，和為通過改正向量改正后的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)。

b)絕對相位改正：

利用極化干涉相對定標的相位改正量△φhv，△φvh和△φvv和絕對干涉定標誤差方程求解的解纏相位改正量分別對輔天線極化sar影像集(輔天線hh，hv，vh和vv極化sar影像)進行絕對相位改正:

公式(4)中，和分別為絕對相位改正后的輔天線hh，hv，vh和vv極化sar影像上像素的像元值，e為指數(shù)操作，w{}為相位纏繞操作，ashh，ashv，asvh和asvv分別為輔天線hh，hv，vh和vv極化sar影像上像素的幅度值，φshh，φshv，φsvh和φsvv分別為輔天線hh，hv，vh和vv極化sar影像上像素的相位值，△φhv，△φvh和△φvv為極化干涉相對定標的相位改正量，為絕對相位定標誤差方程求解的解纏相位改正量。

采取了本發(fā)明所述的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的干涉定標方法以后，既實現(xiàn)了對機載極化干涉合成孔徑雷達影像的絕對相位改正，也通過基于嚴密幾何模型構(gòu)建的絕對相位定標誤差方程對基線、基線傾角、斜距、多普勒頻率幾何參數(shù)實現(xiàn)了的高精度的參數(shù)改正。干涉定標后的機載極化干涉合成孔徑雷達影像在地形和高度的測量中精度能夠得到提升。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步詳細的描述，以使得本發(fā)明的上述優(yōu)點更加明確。

圖1是本發(fā)明所述的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的干涉定標方法的流程圖；

圖2是極化干涉絕對定標后的4種極化方式的解纏干涉圖；

圖3是極化干涉絕對定標后的4種極化方式的解纏干涉圖的直方圖統(tǒng)計。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。

該種機載極化干涉合成孔徑雷達影像的干涉定標方法，針對機載極化干涉合成孔徑雷達影像，既實現(xiàn)了對機載極化干涉合成孔徑雷達影像的絕對相位改正，也通過基于嚴密幾何模型構(gòu)建的絕對相位定標誤差方程對基線、基線傾角、斜距、多普勒頻率幾何參數(shù)實現(xiàn)了的高精度的參數(shù)改正。

如圖1所示，首先獲取機載極化干涉合成孔徑雷達影像,獲取機載極化干涉合成孔徑雷達影像,它由2個極化sar影像集組成,第1個為主天線極化sar影像集，第2個為輔天線極化sar影像集。機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)主要包括基線長度、基線傾角、斜距和多普勒頻率，主天線和輔天線極化sar影像集的幾何參數(shù)一致。每個極化sar影像集包含4種極化方式(hh，hv,vh和vv極化)的sar影像，2個極化sar影像集包括主天線hh，hv,vh和vv極化sar影像和輔天線hh，hv,vh和vv極化sar影像，總共8幅極化sar影像。主天線和輔天線極化sar影像集中對應不同極化方式的2幅影像集分別組成hh極化sar影像對，hv極化sar影像對，vh極化sar影像對和vv極化sar影像對。所述hh表示水平發(fā)射/水平接收狀態(tài)，所述hv表示水平發(fā)射/垂直接收狀態(tài)，所述vh表示垂直發(fā)射/水平接收狀態(tài)，所述vv表示垂直發(fā)射/垂直接收狀態(tài)。通過野外測量采集得到2對極化sar影像集上n(3～5)個控制點的地理位置坐標[xg(1)yg(1)zg(1)lxg(n)yg(n)zg(n)]，xg(1)yg(1)zg(1)為第1個控制點分別在空間直角坐標系下的三維坐標，xg(n)yg(n)zg(n)為第n個控制點分別在空間直角坐標系下的三維坐標。

依次對hh極化sar影像對，hv極化sar影像對，vh極化sar影像對和vv極化sar影像對進行共軛相乘計算，形成hh，hv，vh和vv4種極化方式的干涉圖：

公式(1)中z代表通過公式(1)計算得到干涉圖上像素的值，xy代表hh，hv，vh和vv中任意一種極化方式，kmxy代表主天線xy極化sar影像的上像素的像元值，kmxy代表輔天線xy極化sar影像上像素的像元值，為共軛操作，axy為xy極化方式干涉圖上像素的幅度值，e為指數(shù)操作，φxy為xy極化方式干涉圖上像素的相位值，x,y分別對應發(fā)射和接收時的極化狀態(tài)。

分別提取hh，hv，vh和vv極化方式的干涉圖中n個控制點位置上的相位值，選取任意極化方式的干涉圖為基準干涉圖，作為示例，此處選取hh極化方式的干涉圖為基準干涉圖，hv，vh和vv極化方式的干涉圖中每個控制點位置上的相位值分別減去hh極化方式的干涉圖的相位值，平均計算后得到相位改正量△φhv，△φvh和△φvv，hh極化方式的干涉圖相位不變，hv，vh和vv極化方式的干涉圖相位通過公式(2)實現(xiàn)干涉圖的極化干涉相對定標。

公式(2)中φhv，φvh和φvv分別為相對定標前的hv，vh和vv極化方式的干涉圖的相位，和分別為極化干涉相對定標后hv，vh和vv極化方式的干涉圖的相位。

依次對基準干涉圖(hh極化方式的干涉圖)和極化干涉相對定標后干涉圖(hv，vh和vv極化方式的干涉圖)進行相位解纏，形成解纏后的hh，hv，vh和vv極化方式的解纏干涉圖，對應的解纏相位表示為：和

機載sar嚴密幾何模型如公式(3)所示，

f＝pxyz-s1xyz+|r0|·vnwinv·[rvrnrw]^t＝0(3)

公式(3)中,f代表機載sar嚴密幾何模型公式，s1xyz為主天線相位中心坐標,pxyz為目標點坐標，|r0|為斜距，vnwinv為移動坐標下向地心坐標系下轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)矩陣，[rvrnrw]^t為移動坐標系下的單位視向量；其中單位視向量由公式(4)表示：

公式(4)中，rv、rn和rw分別代表移動坐標系下單位視向量的三個分量,|v|為飛機的飛行速度，λ為雷達波長，fd為多普勒頻率，|b|為基線長度，bv為基線在速度方向上的分量，|bpv|為基線在垂直于速度方向平面內(nèi)的分量，為解纏相位，q為天線收發(fā)模式。

依據(jù)機載sar嚴密幾何模型(公式(3))對n個控制點構(gòu)建絕對干涉定標誤差方程，如公式(5)所示

v＝aδx-f°

v＝vxg(1)vyg(1)vzg(1)...vxg(n)vyg(n)vzg(n)]^t

公式(5)中，g(1)...g(n)代表1…n個控制點，v代表n個控制點三維坐標的誤差組成的向量，δx代表待求解的改正向量，它由基線長度改正量δbl，基線傾角改正量δbα，斜距改正量δr0，多普勒頻率改正量δfd和解纏相位改正量組成的向量，a為系數(shù)矩陣，它代表機載sar嚴密幾何模型(見公式(3))在n個控制點對基線長度bl，基線傾角ba，斜距r0，多普勒頻率fd和解纏相位的一階偏導數(shù)，f°為機載sar嚴密幾何模型(見公式(3))在初始的幾何參數(shù)(基線長度bl，基線傾角ba，斜距r0和多普勒頻率fd)和n個控制點的解纏相位(k)上的值。

選取獲取的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)(基線長度，基線傾角，斜距和多普勒頻率)和基準解纏干涉圖(hh極化方式的解纏干涉圖)上n個控制點上的解纏相位作為初始的幾何參數(shù)(基線長度bl，基線傾角ba，斜距r0和多普勒頻率fd)和解纏相位(k)，基于絕對干涉定標誤差方程(見公式(5))對n個控制點應用最小二乘準則，迭代求解改正向量δx，直到絕對相位定標誤差方程解的誤差小于給定限差為止。

將絕對干涉定標誤差方程求解的改正向量δx和極化干涉相對定標的相位改正量△φhv，△φvh和△φvv依次應用到機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)和輔天線極化sar影像集上，實現(xiàn)包括幾何參數(shù)改正和絕對相位改正的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的極化干涉絕對定標。

a)幾何參數(shù)改正：

因為主天線和輔天線極化sar影像集的幾何參數(shù)是一致的，因此通過改正向量δx改正后，機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)變?yōu)椋?/p>

公式(6)中，基線長度bl，基線傾角ba，斜距r0和多普勒頻率fd是初始的幾何參數(shù)，δbl是基線長度改正量，δbα是基線傾角改正量，δr0是斜距改正量，δfd多普勒頻率改正量，和為通過改正向量改正后的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的幾何參數(shù)。

b)絕對相位改正：

利用極化干涉相對定標的相位改正量△φhv，△φvh和△φvv和絕對干涉定標誤差方程求解的解纏相位改正量分別對輔天線極化sar影像集(輔天線hh，hv，vh和vv極化sar影像)進行絕對相位改正:

公式(7)中，和分別為絕對相位改正后的輔天線hh，hv，vh和vv極化sar影像上像素的像元值，e為指數(shù)操作，w{}為相位纏繞操作，ashh，ashv，asvh和asvv分別為輔天線hh，hv，vh和vv極化sar影像上像素的幅度值，φshh，φshv，φsvh和φsvv分別為輔天線hh，hv，vh和vv極化sar影像上像素的相位值，△φhv，△φvh和△φvv為極化干涉相對定標的相位改正量，為絕對相位定標誤差方程求解的解纏相位改正量。

表1是極化干涉絕對定標后幾何參數(shù)的改正量。

采取了本發(fā)明所述的機載極化干涉合成孔徑雷達影像的干涉定標方法以后，既實現(xiàn)了對機載極化干涉合成孔徑雷達影像的絕對相位改正，也通過基于嚴密幾何模型構(gòu)建的絕對相位定標誤差方程對基線、基線傾角、斜距、多普勒頻率幾何參數(shù)實現(xiàn)了的高精度的參數(shù)改正。干涉定標后的機載極化干涉合成孔徑雷達影像在地形和高度的測量中精度能夠得到提升。

利用機載極化干涉合成孔徑雷達影像進行干涉相位定標實驗，圖2(a)-(d)是實施例中的通過極化干涉絕對定標后的4種極化方式的解纏干涉圖(由主天線sar影像集和絕對相位改正后的輔天線sar影像集生成)，圖3為極化干涉絕對定標后的4種極化方式的解纏干涉圖的直方圖統(tǒng)計，從圖3可以看出，經(jīng)過本發(fā)明的所述的方法處理后，4種極化方式解纏干涉圖的相位的統(tǒng)計分布趨于一致，達到了干涉定標的效果。

上述具體實施例僅僅是示例性的，在本發(fā)明的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本領域技術人員應該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。