本發(fā)明涉及星載合成孔徑雷達遙感圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種稀少控制點SAR圖像對地定位方法。
背景技術(shù)：
星載合成孔徑雷達(英文簡稱SAR，下文都用SAR表示)遙感是通過裝載在衛(wèi)星上的雷達基于合成孔徑的技術(shù)來獲取地面的高分辨率圖像，由于SAR圖像具有全天時、全天候的優(yōu)勢，因此在國民經(jīng)濟建設和國防安全都能發(fā)揮了不可替代的作用，目前國內(nèi)外都在大力發(fā)展星載SAR遙感技術(shù)。
星載SAR圖像對地定位是圖像應用和分析的基礎(chǔ)，目前主要的定位策略有：(1)無任何地面控制點的系統(tǒng)級對地定位；(2)有地面控制點的高級對地定位。無地面控制點的系統(tǒng)級SAR圖像對地定位主要應用衛(wèi)星的位置和姿態(tài)根據(jù)定位模型進行計算，由于我國衛(wèi)星的位置和姿態(tài)測量精度有限，因此定位精度不高，一般在百米至數(shù)百米的定位精度左右，較難滿足一些應用的要求。有地面控制的高級對地定位需要一定數(shù)量的地面控制點，通過精化模型參數(shù)來提高定位精度，因此能達到很高的定位精度，對于SAR衛(wèi)星圖像的定位精度一般在30～50米甚至更高。
但是有地面控制的高級對地定位都需要較多的控制點，通常會要求控制點數(shù)量要大于5個以上，這在應用中有時會很難滿足這個條件，例如控制點很難獲取。因此應用中迫切需要解決稀少控制點(在本發(fā)明中，稀少控制點指控制點的數(shù)量為1至4個)條件下的高精度對地定位技術(shù)。
目前國內(nèi)外在光學遙感圖像的稀少控制點對地定位取得了一些研究成果，但對于SAR衛(wèi)星圖像的稀少控制點條件下的對地定位報道極少。
比較經(jīng)典的稀少GCP(Ground Control Point)控制條件下的衛(wèi)星圖像對地定位方法當屬法國SPOT衛(wèi)星圖像的對地定位方法，通過少量地面控制點配合低階多項式修正衛(wèi)星軌道誤差，并對各控制點相應軌道的位置殘余誤差采用最小二乘法進行濾波修正，最后采用修正后的衛(wèi)星軌道結(jié)合定位模型進行對地定位計算，其定位精度達到了幾個像素左右。針對光學推掃式衛(wèi)星圖像，袁修孝等人從線陣推掃式傳感器的成像機理出發(fā)，利用6個衛(wèi)星軌道開普勒參數(shù)和3個傳感器姿態(tài)角建立了推掃式衛(wèi)星遙感影像坐標與其地面點的構(gòu)像方程。按照所建立的構(gòu)像方程，實現(xiàn)了SPOT-5影像的對地定位；利用單個地面控制點對衛(wèi)星軌道開普勒參數(shù)和傳感器姿態(tài)實施調(diào)整后，目標定位精度提高到14.2m(袁修孝、張過，缺少控制點的衛(wèi)星遙感對地目標定位，武漢大學學報·信息科學版第28卷第5期：505～510)；張寶印提出了利用空間斜墨卡托投影進行衛(wèi)星遙感圖像精確對地定位，解決缺少控制點地區(qū)衛(wèi)星遙感圖像定位問題(張寶印、熊興華、趙琪，少量地面控制點的遙感圖像精糾正與定位技術(shù)探討，測繪科學與工程，第25卷第4期，2005年12月：5～7)。耿忠等人提出了依據(jù)其影像元數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)快速幾何糾正的方法，利用少量的幾個控制點來消除Radarsat-2影像與待糾正參考系間的系統(tǒng)誤差實現(xiàn)Radarsat-2影像的快速幾何糾正。(耿忠、張波、林麗、吳樊，基于少量控制點的Radarsat-2影像快速幾何糾正技術(shù)研究，地理信息世界，2010，8(1)：27～30)。
可見現(xiàn)有稀少控制點的遙感圖像對地定位主要以光學圖像為主，而對SAR圖像的稀少控制條件下的對地定位研究極少，隨著SAR衛(wèi)星的發(fā)展，如何根據(jù)稀少控制點的具體數(shù)目進行SAR圖像對地定位是需要解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
(一)要解決的技術(shù)問題
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種稀少控制點的星載SAR圖像對地定位方法。該方法依據(jù)稀少控制點的具體數(shù)量，在像方進行補償，可以較好地實現(xiàn)1～4個稀少控制點條件下的星載SAR圖像對地定位。
(二)技術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種稀少控制點星載合成孔徑雷達圖像對地定位方法，包括：
步驟A：獲取星載合成孔徑雷達圖像的地面控制點信息，利用衛(wèi)星參數(shù)，根據(jù)距離-多普勒模型計算每個地面控制點對應的圖像坐標；
步驟B：根據(jù)計算的控制點對應圖像坐標和控制點的實際圖像坐標計算補償參數(shù)；
步驟C：根據(jù)補償參數(shù)計算星載合成孔徑雷達圖像坐標對應的修正坐標；以及
步驟D：利用所述修正坐標，根據(jù)距離-多普勒定位模型計算對應的地面坐標，實現(xiàn)星載合成孔徑雷達圖像的對地定位。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明稀少控制點星載合成孔徑雷達圖像對地定位方法具有以下有益效果：
(1)根據(jù)稀少控制點的具體數(shù)量，采用不同模型計算圖像坐標的補償參數(shù)，能夠很好適應控制點數(shù)量的變化；
(2)像方補償參數(shù)的計算中最大化應用了已知的控制點數(shù)量，使得控制點在圖像變形補償參數(shù)估計的作用發(fā)揮到最大。
附圖說明
圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例稀少控制點的星載SAR圖像對地定位方法的流程圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內(nèi)近似于相應的值。
本發(fā)明稀少控制點的星載SAR圖像對地定位方法，充分考慮了已有控制點的具體數(shù)量來進行參數(shù)的自適應計算，同時充分在補償參數(shù)的估計中由盡可能地應用了全部的控制點，很好地適應稀少控制點的不同情況，從而解決了稀少控制點的SAR圖像對地定位技術(shù)問題。
在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種稀少控制點的星載SAR圖像對地定位方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例稀少控制點的星載SAR圖像對地定位方法的流程圖。如圖1所示，本實施例稀少控制點的SAR圖像對地定位方法包括：
步驟A：獲取一幅星載SAR圖像的中地面控制點信息，利用衛(wèi)星的位置、速度等參數(shù)根據(jù)距離-多普勒模型計算每個地面控制點所對應的圖像坐標。具體計算公式為：
其中，r0為近地點斜距，即雷達天線到地面最近點的距離，λ為雷達的波長，MX為斜距的分辨率，這些都是星載SAR的已知參數(shù)，可以從SAR衛(wèi)星的輔助數(shù)據(jù)中提取獲得，fD為多普勒中心頻率，也是從星載SAR成像處理的參數(shù)中進行提取。(XS，YS，ZS)為該幅圖像的對應的衛(wèi)星起始坐標，(VX，VY，VZ)為衛(wèi)星的運動速度，這些參數(shù)從衛(wèi)星下傳的輔助數(shù)據(jù)中讀取后進行數(shù)學內(nèi)插和轉(zhuǎn)換即可。(XP，YP，ZP)為地面點的已知坐標。根據(jù)每個控制點的地面坐標(XP，YP，ZP)，代入上式即可計算得到每個地面控制點所對應的圖像坐標(x′，y′)。
步驟B：根據(jù)步驟A計算得到的控制點所對應的圖像坐標和控制點的實際圖像坐標，計算補償參數(shù)，具體計算策略需要根據(jù)已有的控制點數(shù)量進行選擇：
(1)如果是1個控制點，根據(jù)1個控制點的實際圖像坐標(x1，y1)和步驟A計算控制點所對應的的圖像坐標(x′1，y′1)，則按如下公式，計算兩個平移參數(shù)(a1，b1)：
a1＝x1-x′1
b1＝y(tǒng)1-y′1
(2)如果是2個控制點，根據(jù)2個控制點的實際圖像坐標(x1，y1)，(x2，y2)和步驟A計算的控制點所對應的圖像坐標(x′1，y′1)，(x′2，y′2)按照如下公式，計算四個補償參數(shù)(a1，b1，a2，b2)：
[]行列表示的矩陣，[]-1表示對矩陣進行求逆計算。
(3)如果是3個控制點：根據(jù)3個控制點的實際圖像坐標(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)和步驟A計算的控制點所對應的圖像坐標(x′1，y′1)，(x′2，y′2)，(x′3，y′3)，按照如下公式，計算6個補償參數(shù)(a1，b1，c1，a2，b2，c2)：
[]表示行列表示的矩陣，[]-1表示對矩陣進行求逆計算。
(4)如果是4個控制點，根據(jù)4個控制點的實際圖像坐標(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)和步驟A計算的控制點所對應的圖像坐標(x′1，y′1)，(x′2，y′2)，(x′3，y′3)，(x′4，y′4)，計算8個補償參數(shù)(a1，b1，c1，d1，a2，b2，c2，d2)：
[]表示行列表示的矩陣，[]-1表示對矩陣進行求逆計算。
步驟C：利用計算的補償參數(shù)計算星載SAR圖像坐標對應的修正坐標。對于圖像上任意一個像素，其坐標為(x，y)，根據(jù)步驟B計算的參數(shù)，計算其修正坐標(xcor，ycor)，采用如下的修正公式
或者或者或者
具體需要根據(jù)步驟B計算的已有參數(shù)進行確定，
步驟D：利用修正的SAR圖像坐標，根據(jù)常規(guī)通用的距離-多普勒定位模型計算對應的地面坐標，就可以實現(xiàn)SAR圖像的對地定位。
至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當對本發(fā)明稀少控制點的SAR圖像對地定位方法有了清楚的認識。
此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對其進行簡單地熟知地替換。
綜上所述，本發(fā)明稀少控制點的SAR圖像對地定位方法的計算中會根據(jù)控制點的具體數(shù)量計算相應的補償參數(shù)，且計算的補償參數(shù)也是將控制點的作用充分發(fā)揮出來，從而能適應地面控制點的數(shù)量稀少變化的各種情況。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。