[发明专利]一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法

摘要

本发明公开了一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法，该定位方法的流程简洁、高效，便于自动化批量化的计算机处理，对三维位置进行定位，通过构建多场景三维联合敏感度矩阵，能够避免现有方法中设计同名点传递路径的繁琐，本发明的定位方法包含东向位置(经度)、北向位置(纬度)和高程的三维位置同时定位，通过同时对多个场景的SAR数据进行三维位置干涉定标，实现三维定位；本发明通过构建多场景三维联合敏感度矩阵，能够使多个干涉SAR场景的所有待定标参数同时进行迭代计算，保证各场景的定位的精度以及场景邻接处的位置衔接性，并且避免了现有方法中设计同名点传递路径的繁琐。

主权项

1.一种多场景干涉SAR图像的三维定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定参与联合定标的干涉SAR场景的总数目I，确定每个场景中GCP点的数目M_i，i＝1,2…I，确定所有GCP点的三维地理位置信息和其在SAR图像中的行列位置信息；其中，M_i为第i个场景中GCP点的数目；步骤2：在所有参与联合定标的干涉SAR场景中，确定在位置上互相邻接并部分重合的场景组数J；确定第j组互相邻接并部分重合的场景所包含的两个场景的编号a_j、b_j，其中a_j、b_j∈{1,2…I}且a_j≠b_j，j＝1,2…J；在各组场景中选取TP点，确定第j组场景中的TP点数目N_j，确定所有TP点在SAR图像中的行列位置；其中，N_j为第j组场景中TP点的数目；步骤3：确定第i个干涉SAR场景的三维位置东向x_i、北向y_i和高程h_i反演的几何表达式其中i＝1,2…I，自变量u_i,1,u_i,2,…u_i,k…,u_i,K为待标定参数组，u_i,k表示第i个干涉SAR场景中的第k个待定标参数u_i,k，k＝1,2…K，K为待标定参数总个数；步骤4：构建多场景参数矩阵U，矩阵U的维度为I·K行1列，其构成为U＝[U₁ U₂ … U_i … U_I]^T，其中，U_i＝[u_i,1 u_i,2 … u_i,k … u_i,K]^T；步骤5：构建关于GCP点的多场景联合敏感度矩阵G，矩阵G的维度为行I·K列，其构成为G＝diag(G₁,G₂,…G_I)，其中表示第i个SAR场景中所有GCP点处三维位置关于待定标参数的敏感度，的矩阵结构如下：其中a＝x，y，h；步骤6：构建关于TP点的多场景联合敏感度矩阵T：其中，矩阵T的维度为行I·K列，和分别表示第a_j和b_j个SAR场景中所有TP点处三维位置关于待定标参数的敏感度，a_j和b_j表征位置上相互邻接并且共同拥有TP点的第j组的两个场景的编号，同一编号的或位于同一列；共同拥有TP点的第j组的两个场景在同一行；步骤7：构建多场景参数误差矩阵ΔU：矩阵ΔU的维度为I·K行1列，其构成为ΔU＝[ΔU₁ ΔU₂ … ΔU_i … ΔU_I]^T，其中，ΔU_i＝[Δu_i,1 Δu_i,2 … Δu_i,k … Δu_i,K]^T，ΔU为待求解参量，表征待定标参数修正量矩阵；步骤8：构建多场景位置误差矩阵ΔP：矩阵ΔP的维度为行1列，其构成为ΔP＝[ΔP_G,1 ΔP_G,2 … ΔP_G,i … ΔP_G,I；ΔP_T,1 ΔP_T,2 … ΔP_T,j … ΔP_T,J]^T，其中ΔP_G,i＝[Δx_G,i Δy_G,i Δh_G,i]^T，列向量Δx_G,iΔy_G,iΔh_G,i分别表示第i个SAR场景中所有GCP点处三维位置误差，即在当前的参数数值下计算出的各GCP点三维位置数值减去其真实三维地理位置数值所得差值；ΔP_T,j＝[Δx_T,j Δy_T,j Δh_T,j]^T，列向量Δx_T,j Δy_T,j Δh_T,j分别表示第j组SAR场景中所有TP点处三维位置误差即同一地物点在2个场景中的三维位置坐标差值，即在当前的参数数值下计算出的TP点在第a_j个场景中的三维位置数值减去该点在第b_j个场景中的三维位置数值所得差值；步骤9：构建多场景联合敏感度方程：并求解此方程获得参数修正量矩阵ΔU，计算公式为其中[·]⁺表示矩阵[·]的Moor‑Penrose逆；步骤10：更新矩阵G、T、ΔP：利用步骤9求解出的参数修正量矩阵ΔU，U与ΔU相加，获得更新后的待定标参数矩阵U，依据更新后的U更新矩阵G、矩阵T，然后按照步骤3中的干涉SAR场景的三维位置反演几何表达式计算各GCP、TP点处的三维位置，并通过比较GCP点的真实三维、TP点在一组场景中的三维位置差异，获得更新后的位置误差矩阵ΔP；步骤11：判断位置误差矩阵ΔP是否满足精度要求或满足收敛条件，若满足精度要求或已收敛，则将步骤10计算出的各GCP、TP点处的三维位置作为各干涉SAR场景中各像元处的三维位置，完成多场景干涉SAR图像的三维几何定位，否则，转步骤9，利用更新后的G、T、ΔP求解步骤9中的方程(1)。