第 3 卷第 1 期 雷 达 学 报 Vol. 3No. 1
2014 年 2 月 Journal of Radars Feb. 2014
利用单个地面控制点的 SAR 图像高精度立体定位
张红敏
*①
靳国旺
①②
徐 青
①
李向英
③
①
(信息工程大学 郑州 450001)
②
(中国测绘科学研究院 北京 100039)
③
(61512 部队 北京 100088)
摘 要:几何构像模型和定向参数解算方案的选择是实现 SAR 图像高精度立体定位的关键。该文针对稀少控制下
斜侧视 SAR 图像高精度定位难题,设计了利用单个地面控制点的 SAR 图像立体定位方案。该方案利用轨道参数
获取成像瞬间天线相位中心的位置、速度,并利用一个地面控制点标定近距延迟和多普勒中心频率,实现定向参数
的精确解算和 SAR 图像的高精度立体定位。采用中国测绘科学研究院获取的机载 SAR 图像进行了立体定位实验,
统计分析了其定位误差,验证了该文方法的精确性和有效性。
关键词:合成孔径雷达(SAR);立体;定位;距离-多普勒;地面控制点(GCP)
中图分类号:TP75; P237 文献标识码:A 文章编号:2095-283X(2014)01-0085-07
DOI: 10.3724/SP.J.1300.2014.13138
Accurate Positioning with Stereo SAR Images and
One Ground Control Point
Zhang Hong-min
①
Jin Guo-wang
①②
Xu Qing
①
Li Xiang-ying
③
①
(Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China)
②
(Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing 100039, China)
③
(61512 Troops, Beijing 100088, China)
Abstract: Geometrical imaging models and calculations of orientation parameters are the main factors affecting the
positioning of stereo Synthetic Aperture Radar (SAR) images. For accurate positioning with squint stereo SAR
images and less Ground Control Points (GCPs), a positioning algorithm with one GCP is designed. In this
algorithm, the position and velocity of the radar antenna phase center are derived using orbit parameters, and the
close range and Doppler centroid of the SAR images are compensated by one GCP. Thus, accurate orientation
parameters are obtained and accurate positioning with stereo SAR images is completed. Airborne SAR images
acquired by the Chinese Academy of Surveying and Mapping are used in experiments. The positioning errors of the
checkpoints are calculated and analyzed, and it verified the accuracy and effectiveness of the proposed method.
Key words: Synthetic Aperture Radar (SAR); Stereo; Positioning; Range-Doppler; Ground Control Point (GCP)
1 引言
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)
具有全天时、全天候等优点,是高分辨率对地观测
的重要工具,尤其在多云雾、多雨雪地区地形测绘、
应急测绘保障、境外目标定位等任务中存在巨大应
用潜力
[1
-
3]
。利用 SAR 图像进行立体定位是测定地
面目标位置信息的重要手段。
在 SAR 图像立体定位中,几何构像模型和定
2013-12-23 收到,2014-03-17 改回;2014-03-24 网络优先出版
国家自然科学基金(40771142, 40871213, 41071296)和中国测绘科学
研究院基本科研业务费项目资助课题
*通信作者: 张红敏 zhmin1206@163.com
向参数解算方法的选择是实现高精度定位的关键。
在几何构像模型选择方面,经典 SAR 构像模型包
括距离-多普勒(R-D)模型
[4]
,F. Leberl 构像模型
[5]
(即正侧视 R-D 模型),G. Konecny 投影公式
[6]
,有
理函数模型等;除上述模型外,学者们研究了 SAR
图像的有理多项式(Rational Polynomial Coefficient,
RPC)模型
[7]
、距离-共面(Range-Coplanarity)模型
[8]
等。其中,R-D 模型作为符合 SAR 图像成像机理的
经典构像模型,应用较多,但已有研究大多将 R-D
模型的多普勒中心频率假定为零,即采用正侧视
R-D 模型进行 SAR 图像的定位处理
[9
-
12]
,在进行斜
侧视 SAR 图像的立体定位时误差较大
[13]
。