专利名称：一种机载合成孔径雷达航线规划方法
技术领域：
本发明涉及航空测绘技术领域，尤其涉及一种机载合成孔径雷达航线规划方法。
背景技术：
机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)航空摄影测量是利用机载合成孔径雷达传感器获取地面合成孔径雷达影像，经过一系列处理，从而制作DEM、正射影像图、地形图等。机载合成孔径雷达航线规划是设计航摄飞行时的最优航线，科学的航线规划能降低航摄成本，提高生产效率和产品质量。目前，在航空摄影测量航线规划领域，比较成熟的技术是光学摄影测量航线规划。 在光学摄影测量领域，经过几十年的发展，航线规划技术已经十分成熟，现在有许多航线设计软件可供使用。现有航空摄影航线设计软件针对不同用途分为框幅式和推扫式两个种类，从市场接受范围来说分为专用型和通用型，激光测距基本上都是专用型设计软件。框幅式相机专用型如徕卡的FPES(Flight Planning and Evaluation Software)、鹰图的 ISMPdmageStation Mission Planning)、通用型如 IGI 的 WinMP和 Track air 的 Tracker32寸。其中，Tracker32是Track air公司配合The Tracker飞行控制系统推出的航线设计软件，The Tracker系统后被Applanix集成到POS系统里，成为一个完整的航飞设计、 控制、测量和处理的平台。Tracker32 包含六个应用组件snapXYZ、snapLIM、snapPLAN、snapBASE、 snapSHOT, snapPLOT，每个组件完成航摄的不同任务将资料数字化、设计航线、数据获取、 记录和存档，所有任务可通过公共接口自动连接，也可由几个人用不同的电脑独立操作，能够快速完成带、线、面、不规则型区域的航线设计。WinMP是德国IGI公司CCNS4飞行控制系统配套的航线设计软件，CCNS是世界上第一套商用航摄飞行控制系统，系统稳定性强。WinMP经过不断升级具备了航线设计的所有功能，可以利用外部高程数据和带坐标的电子底图进行自动化航线敷设，特别是在航线上可以进行任意位置的手工插点，具有很强的工程应用性。ISMPdmageStation Mission Planning)是鹰图公司数码航摄相机DMC配套航线设计模块，其集成于ImageMation中。ISMP贯穿了从建立飞行计划预案，直到取得最终曝光报告和索引文件的整个流程。提供了一个大数据量处理环境，可以访问用于任务计划的扫描地图，或者矢量地图数据，或者数字正射影象。这个任务计划系统提供的常用功能包括以指定的方位角飞行，在指定区域计算出最经济的航线等。也可非常方便、轻松地计划和查看飞行任务。后期处理的分析部分可以查看实导航点位置和飞机航摄获得的导航点数据之间的区别。但是由于合成孔径雷达为侧视斜距成像系统，其成像过程为地面目标在方位向上是按平台飞行的时序记录成像，在距离向上是按雷达接收到地面目标反射信号先后顺序记录成像。在距离向上为斜距投影成像，这种成像几何特征使得合成孔径雷达影像与通常的光学影像具有明显差异。一般来说，光学影像是中心投影或扫描类多中心投影。由此导致了合成孔径雷达影像具有不同于光学影像的一些几何特点，如斜距影像近距离压缩、透视收缩、叠掩和阴影等。因此，用普通光学航线设计方法无法最大限度的降低由于机载合成孔径雷达的影像自身成像特点所导致的影像变形。目前国内外还没有机载合成孔径雷达技术大范围用于测图领域的先例，因此机载合成孔径雷达航线规划技术还不成熟，有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于提出一种机载合成孔径雷达航线规划方法，能最大限度的降低合成孔径雷达影像上的阴影和迭掩现象，从而提高合成孔径雷达影像信息量，使其更易于判读，而且航线设计科学合理，能有效的降低航摄成本，提高航摄效率。为达此目的，本发明采用以下技术方案一种机载合成孔径雷达航线规划方法，包括以下步骤A、选择阴影最小的山影图所对应的方位角作为航飞方向；B、根据数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的高程变化范围进行航摄分区，使得同一个航摄分区内，DEM的高程变化值介于航高的1/6到1/4之间；C、根据航摄分区的结果，对每个航摄分区敷设航线；D、提交航线规划结果，包括航线规划图、飞行线坐标以及飞行线上起始飞行和结束飞行的坐标。步骤A进一步包括以下步骤Al、设定无限远处有一光源照射到DEM表面，通过计算DEM每个栅格处所接受到的光照值来计算山影图；A2、计算天顶角、光照方向、坡度和坡向，然后计算山影图；A3、通过上述步骤计算航摄区内DEM不同方位角的山影图，选择阴影最小的山影图所对应的方位角作为航飞方向。步骤B进一步包括以下步骤Bi、DEM预处理，即根据给定的格网大小对DEM进行预处理，格网大小根据需求设置；B2、航摄初分区，即根据航摄区内DEM高程变化进行航摄范围初步划分；B3、航摄分区调整，即根据航摄标准和实际地形进行航摄分区调整，使得航摄分区形状规则，以便于航摄飞行。步骤C中，根据以下航摄参数来计算航线航高，即飞机飞行相对高度；基准面高度，即航摄区基准面高度，设为航摄区内DEM的平均高程；侧视角，即雷达侧视成像时的视角，侧视角在20度到50度之间；侧视方向，即左侧视或右侧视；和测绘带宽，测绘带宽由波束宽度和航高决定。采用了本发明的技术方案，可以提出完整的航线规划方案，根据山影图确定航飞方向的方法，能最大限度的降低合成孔径雷达影像上的阴影和迭掩现象，从而提高合成孔径雷达影像信息量，使其更易于判读，而且航线设计科学合理，能有效的降低航摄成本，提高航摄效率。
图1是本发明具体实施方式
中机载合成孔径雷达航线规划的流程图。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。由于机载合成孔径雷达是通过侧视方式发射脉冲，随着载机飞行，形成条带状的测绘带，它的这种成像方式决定了不能照搬以前成熟的光学摄影测量的航线规划技术，而必须在借鉴光学摄影测量航线规划的基础上，根据机载合成孔径雷达自身的特点，开发适合于机载合成孔径雷达航摄的航线规划方案。图1是本发明具体实施方式
中机载合成孔径雷达航线规划的流程图。如图1所示， 机载合成孔径雷达航线规划流程包括以下步骤步骤101、选择阴影最小的山影图所对应的方位角作为航飞方向。由于雷达为侧视成像，在影像上会有阴影和叠掩现象。在地形复杂地区，其地形特点是地形特别复杂，而且起伏明显，在这样的地区，阴影和叠掩尤其严重。如何通过设计航线方向来尽量降低由于地形所造成的阴影和叠掩，是需要解决的问题。由此，本具体实施方式
提出了一种根据山影图(hillshade)来设计航线方向的方法。首先设定无限远处有一光源照射到DEM表面，通过计算DEM每个栅格处所接受到的光照值来计算山影图，山影图可以极大的提高表面的显示效果，能用于地形分析及图像显示。先计算天顶角、光照方向、坡度和坡向，然后计算山影图，通过上述步骤计算航摄区内 DEM不同方位角的山影图，方位角分别为0度、90度、180度和270度，不同的方位角在山影图上的阴影情况不同，选择阴影最小的山影图所对应的方位角作为航飞方向。步骤102、在地形高差起伏很大的地区，如果采取同一航高进行拍摄，则可能会使图像的比例尺发生较大的变化。这样，对同一条航带而言，会使得影片的航向重叠度发生改变，对不同的航带，其旁向重叠度也会发生改变。为了避免地形起伏造成图像比例尺的变化控制在一定范围内，因此需要调整航高，采取分段拍摄的方式，这样可降低地形起伏影响， 并且能维持一定照片比例尺与航向重叠度和旁向重叠度。根据DEM的高程变化范围进行航摄分区，使得同一个航摄分区内，DEM的高程变化值达到航摄标准，即在同一航摄分区内，地形高差变化应介于航高的1/6到1/4之间。首先 DEM预处理，即根据给定的格网大小对DEM进行预处理，格网大小可以按按需求设置，比如国家1 5万地形幅大小；再进行航摄初分区，即根据航摄区内DEM高程变化进行航摄范围初步划分；最后进行航摄分区调整，即航摄初分可能出现分区过于零散，区域形状不规则等情况，可以根据航摄标准和实际地形进行航摄分区调整，使得航摄分区形状规则，以便于航摄飞行。步骤103、根据航摄分区的结果，对每个航摄分区敷设航线。根据以下航摄参数来计算航线航高，即飞机飞行相对高度；基准面高度，即航摄区基准面高度，设为航摄区内DEM的平均高程；侧视角，即雷达侧视成像时的视角，侧视角在20度到50度之间；侧视方向，即左侧视或右侧视；和测绘带宽，测绘带宽由波束宽度和航高决定。
步骤104、提交航线规划结果，包括航线规划图、飞行线坐标以及飞行线上起始飞行和结束飞行的坐标。其中飞行线坐标以两种投影方式给出，大地基准为WGS84，分别给出经纬度坐标和UTM坐标。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种机载合成孔径雷达航线规划方法，其特征在于，包括以下步骤A、选择阴影最小的山影图所对应的方位角作为航飞方向；B、根据DEM的高程变化范围进行航摄分区，使得同一个航摄分区内，DEM的高程变化值介于航高的1/6到1/4之间；C、根据航摄分区的结果，对每个航摄分区敷设航线；D、提交航线规划结果，包括航线规划图、飞行线坐标以及飞行线上起始飞行和结束飞行的坐标。
2.根据权利要求1所述的一种机载合成孔径雷达航线规划方法，其特征在于，步骤A进一步包括以下步骤Al、设定无限远处有一光源照射到DEM表面，通过计算DEM每个栅格处所接受到的光照值来计算山影图；A2、计算天顶角、光照方向、坡度和坡向，然后计算山影图；A3、通过上述步骤计算航摄区内DEM不同方位角的山影图，选择阴影最小的山影图所对应的方位角作为航飞方向。
3.根据权利要求1所述的一种机载合成孔径雷达航线规划方法，其特征在于，步骤B进一步包括以下步骤Bi、DEM预处理，即根据给定的格网大小对DEM进行预处理，格网大小根据需求设置；B2、航摄初分区，即根据航摄区内DEM高程变化进行航摄范围初步划分；B3、航摄分区调整，即根据航摄标准和实际地形进行航摄分区调整，使得航摄分区形状规则，以便于航摄飞行。
4.根据权利要求1所述的一种机载合成孔径雷达航线规划方法，其特征在于，步骤C 中，根据以下航摄参数来计算航线航高，即飞机飞行相对高度；基准面高度，即航摄区基准面高度，设为航摄区内DEM的平均高程；侧视角，即雷达侧视成像时的视角，侧视角在20 度到50度之间；侧视方向，即左侧视或右侧视；和测绘带宽，测绘带宽由波束宽度和航高决定。
全文摘要
本发明公开了一种机载合成孔径雷达航线规划方法，选择阴影最小的山影图所对应的方位角作为航飞方向；根据DEM的高程变化范围进行航摄分区，使得同一个航摄分区内，DEM的高程变化值介于航高的1/6到1/4之间；根据航摄分区的结果，对每个航摄分区敷设航线。采用了本发明的技术方案，能最大限度的降低合成孔径雷达影像上的阴影和迭掩现象，从而提高合成孔径雷达影像信息量，使其更易于判读，而且航线设计科学合理，能有效的降低航摄成本，提高航摄效率。
文档编号G01C21/24GK102455185SQ201010520498
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者关鸿亮 申请人:关鸿亮