一种验证SAR卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法与流程

本发明涉及星载合成孔径雷达数据处理技术，特别是一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法。

背景技术：

1、合成孔径雷达(synthetic aperture radar，sar)工作于微波波段，它利用观测目标与雷达的相对运动把小尺寸的真实天线孔径通过数据处理的方法等效成较大的天线孔径，是一种先进的成像系统。因微波具有一定的穿透性，使得sar系统可以在云、雨、雾等恶劣条件下工作，具有全天时、全天候、可大面积成像的特点。合成孔径雷达干涉测量技术(interferometric synthetic aperture radar，insar)结合了sar技术与干涉测量技术，其通过对单视复数影像对的干涉处理获取地面目标的三维坐标信息。

2、分布式sar卫星系统通过在满足一定编队构型的低轨卫星上搭载sar天线，利用sar天线与卫星的协同工作，完成高精度的测量任务。星载分布式insar以其回波相干性高、基线长度可变及产品精度高的优势成为星载insar的发展趋势。

3、星载分布式insar地形测绘过程中，基线误差是主要的高程误差源之一，高精度的基线数据是dem业务化生产的基础，因此基线误差的定标处理是非常重要的。目前insar标定基线的方法主要包括三类：基于距离向偏移、基于频谱偏移和基于控制数据的定标方法，经过学者研究，基于控制数据的基线定标方法精度最高。但目前提出的基线定标模型很多都没有验证模型的标定精度，而是通过最终dem产品的质量侧面评价标定效果，缺少说服力。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提供了一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，能够验证基线定标模型的标定精度，直接评价标定效果。

2、本发明的技术解决方案是：一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，包括：

3、构建分布式insar地形三维重建模型；

4、计算远近波位影像中心时刻的卫星天线相位中心位置和速度；基于外部dem数据和天线相位中心位置得到远近波位影像中心处的地面目标三维坐标和斜距，获取远近波位影像中心时刻的基线；计算远近波位影像中心位置相位；

5、对基线添加误差，获取远近波位影像中心处的高程误差值；基于远近波位联合基线定标模型计算基线误差；

6、根据添加的基线误差与通过远近波位联合基线定标模型计算出的基线误差的差值，得到远近波位联合基线定标模型精度。

7、本发明进一步改进为：

8、对所述基线添加误差，首先根据几何关系，将远近波位影像中心时刻的基线从地心空间直角坐标系转换到tcn坐标系，并将其变换为平行基线和垂直基线；再以基线偏差是定值为基准，分别对远近波位影像中心时刻的平行基线和垂直基线添加误差。

9、所述平行基线和垂直基线，利用以下公式实现，

10、b//＝bcsinθ+bncosθ

11、b⊥＝bccosθ-bnsinθ

12、其中，b//、b⊥分别为平行、垂直基线，bc，bn为基线在tcn坐标系中的c轴和n轴的分量，θ为对应主影像的入射角。

13、添加误差后的远近波位影像中心时刻的平行基线和垂直基线，利用以下公式实现，

14、b//ne＝b//n+b//n_err

15、b⊥ne＝b⊥n+b⊥n_err

16、b//fe＝b//f+b//f_err

17、

18、其中，b//ne、b⊥ne为添加误差后的近波位平行基线和垂直基线，b//n、b⊥n为近波位平行基线和垂直基线，b//f、b⊥f为远波位平行基线和垂直基线，b//fe、b⊥fe为添加误差后的远波位平行基线值和垂直基线值，b//n_err、b⊥n_err为添加的近波位平行基线误差和垂直基线误差，b//f_err为添加的远波位平行基线误差。

19、计算远近波位影像中心处的高程误差值，包括如下步骤，将添加误差后的基线、卫星天线相位中心位置、速度、斜距及相位，带入三维重建模型，得到远近波位影像中心处的地面目标三维坐标；将该坐标转换为经纬度坐标，获得远近波位影像中心处的高程值；通过和外部dem中近远波位影像中心处的高程对比，得到高程误差值。

20、基于远近波位联合基线定标模型计算的平行基线误差，利用以下公式实现，

21、

22、其中，b//err为平行基线误差，λ为波长，herr为高程误差，hamb为模糊高。

23、基于远近波位联合基线定标模型计算的垂直基线误差，利用以下公式实现，

24、

25、其中，为基线误差矢量，为近波位平行基线误差矢量，为远波位平行基线误差矢量，为近波位垂直基线误差矢量，远波位垂直基线误差矢量。

26、所述远近波位联合基线定标模型精度以b//δ、b⊥δ进行评价，

27、

28、

29、其中，b//n_err1为近波位平行基线误差，b//n_err为添加的近波位平行基线误差，b//f_err1为远波位平行基线误差，b//f_err为添加的远波位平行基线误差，为近波位垂直基线误差，b⊥n_err为添加的近波位垂直基线误差。

30、所述分布式insar地形三维重建模型，利用以下公式实现，

31、

32、其中，为地心指向地面目标的矢量，为地心指向主卫星天线相位中心的矢量，r1为主卫星天线相位中心到地面目标的斜距，b为主卫星指向辅卫星的基线，为v、p、q三轴上的三个正交基，为主星速度矢量，为干涉相位，λ为波长，rp为在p轴上的投影，为vpq坐标系下的单位向量。

33、计算所述远近波位影像中心处的地面目标三维坐标，通过以下步骤实现，首先对外部dem进行过采样处理，然后基于过采样后的外部dem和距离-多普勒模型模拟出和实际sar影像格网大小满足预设条件的sar影像，最后将模拟sar影像与实际sar影像进行配准，建立转换关系表，根据转换关系表得到实际sar影像中心处的经纬度坐标，再将其转换成地心空间直角三维坐标。

34、本发明与现有技术相比的优点在于：相比于现有技术通过dem产品侧面评价基线标定精度方法，本发明通过得到添加的基线误差与通过远近波位联合基线定标模型计算出的基线误差的差值，能够正面且定量化验证sar卫星远近波位联合基线定标模型的精度。

技术特征：

1.一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：对所述基线添加误差，首先根据几何关系，将远近波位影像中心时刻的基线从地心空间直角坐标系转换到tcn坐标系，并将其变换为平行基线和垂直基线；再以基线偏差是定值为基准，分别对远近波位影像中心时刻的平行基线和垂直基线添加误差。

3.根据权利要求2所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：所述平行基线和垂直基线，利用以下公式实现，

4.根据权利要求3所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：添加误差后的远近波位影像中心时刻的平行基线和垂直基线，利用以下公式实现，

5.根据权利要求1或2所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：计算远近波位影像中心处的高程误差值，包括如下步骤，将添加误差后的基线、卫星天线相位中心位置、速度、斜距及相位，带入三维重建模型，得到远近波位影像中心处的地面目标三维坐标；将该坐标转换为经纬度坐标，获得远近波位影像中心处的高程值；通过和外部dem中近远波位影像中心处的高程对比，得到高程误差值。

6.根据权利要求1所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：基于远近波位联合基线定标模型计算的平行基线误差，利用以下公式实现，

7.根据权利要求1所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：基于远近波位联合基线定标模型计算的垂直基线误差，利用以下公式实现，

8.根据权利要求7所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：所述远近波位联合基线定标模型精度以b//δ、b⊥δ进行评价，

9.根据权利要求1所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：所述分布式insar地形三维重建模型，利用以下公式实现，

10.根据权利要求1所述的一种验证sar卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，其特征在于：计算所述远近波位影像中心处的地面目标三维坐标，通过以下步骤实现，首先对外部dem进行过采样处理，然后基于过采样后的外部dem和距离-多普勒模型模拟出和实际sar影像格网大小满足预设条件的sar影像，最后将模拟sar影像与实际sar影像进行配准，建立转换关系表，根据转换关系表得到实际sar影像中心处的经纬度坐标，再将其转换成地心空间直角三维坐标。

技术总结
本发明公开了一种验证SAR卫星远近波位联合基线定标模型精度的方法，基于分布式InSAR地形三维重建模型，利用远近波位影像中心时刻的卫星天线相位中心位置、速度、地面目标三维坐标、斜距和基线，得到远近波位影像中心处的模拟相位，对基线添加误差后，进而得到远近波位影像中心处的高程误差值，再基于远近波位联合基线定标模型计算基线误差，最后根据添加的基线误差与通过远近波位联合基线定标模型计算出的基线误差的差值，得到远近波位联合基线定标模型精度。相比于现有技术通过DEM产品侧面评价基线标定精度方法，本发明能够正面且定量化验证SAR卫星远近波位联合基线定标模型的精度。

技术研发人员：张立峰,张恒,石晓宇,李慧娟,陈琦,冯林达,高永澎,刘雯婷,张永佳,郭美娟,杨箐
受保护的技术使用者：中国四维测绘技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15