[发明专利]一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法

说明书

本发明涉及一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法，包括以下步骤：步骤1、通过鼠标点击位置计算目标中心对应的内存地址，并通过该内存地址获取目标对应的SAR辅助数据；步骤2、从SAR辅助数据中解析飞机位置、成像航迹角、图像近距、图像采样间隔、侧视方向参数；所述的飞机位置包括经度、纬度、高度；步骤3、由图像采样间隔、图像近距、飞机高度、成像区域高程参数，利用SAR成像几何计算目标到机下点的距离；步骤4、计算目标相对机下点的方位角；步骤5、已知机下点经纬度、目标到机下点的距离、目标相对机下点的方位角，利用大地主题正算公式和迭代优化算法得到目标点的经纬度；步骤6、基于DEM数据，迭代求解得到目标点的最终经纬度值。

技术领域

本发明涉及机载合成孔径雷达（SAR）图像定位技术领域，特别是针对高原地区复杂地形，无人机载SAR图像无控制点实时地理定位的方法。本发明可对无人机通信链路实时下传的SAR图像数据进行无控制点高精度地理定位，本发明所述方法亦适用于有人机载SAR。

背景技术

无人机航空遥感平台具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动性强等特点，因此成为了卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。合成孔径雷达（SAR）具有全天时、全天候工作的特点，对于人造目标和地物目标具有良好的探测与分辨能力，目前装载SAR的无人机遥感平台已广泛应用于灾害监测、地形测绘、边境巡逻等领域，发挥了巨大作用。

图像实时无控制点定位是无人机载SAR用于航空遥感领域的一项关键技术。在边境巡逻等任务中，对目标的快速发现和精确定位具有重要的意义，目标定位精度高低与时效性通常是任务执行效果评定的重要指标。现代无人机系统通常具有察打一体化功能，要求在看到目标的同时能够得到目标的精确地理坐标，因此目标定位算法需针对SAR实时图像完成目标的定位。

目前的SAR目标定位方法有：（1）基于SAR图像与基准图匹配的方法；（2）基于SAR侧视斜距成像和多普勒频移的距离-多普勒方法；（3）基于距离和方位角的SAR图像直接定位方法。基于基准图匹配的方法是一种有控制点定位方法，定位精度依赖于基准图的精度且需要人工来完成控制点的选择，无法实现实时定位。距离-多普勒方法能够实现机载SAR图像“空-地”自动定位，但是该方法在实际应用过程中被发现还存在以下技术问题：

a) 距离-多普勒方法对SAR图像定位是针对整幅图像进行的，对于无人机通信链路实时下传的SAR图像数据流来说，定位所需的一幅图像尚不完整，因此无法实现在图像实时显示的同时进行地理定位；

b) 多普勒中心频率和速度矢量的估计误差对于定位精度的影响较为明显，尤其是无人机平台姿态误差较大时，会引起定位精度的明显下降；

c)距离-多普勒方法采用牛顿迭代法求解距离-多普勒方程组，需要给出迭代的初值，而定位精度与初值选择有关，不适当的初值可能会导致迭代不收敛，使图像定位解算失败。

与无人机载SAR相比，星载SAR平台运行姿态稳，多普勒中心频率和速度矢量的估计误差小，因此星载SAR图像定位一般采用距离-多普勒方法；而机载SAR图像定位一般采用直接定位方法。无论是距离-多普勒方法还是直接定位方法，在实现SAR图像无控制点定位时均假设成像区域的海拔高度为固定值，这个假设对于平原区域的目标定位是合适的，但对于高原山区，由于地形起伏所导致的高程误差较大，会引起山区目标的定位精度显著下降。

发明内容

本发明目的是解决高原山区复杂地形的无人机载SAR图像实时高精度定位问题。本发明针对无人机通信链路实时下传的SAR图像数据流，解决如下问题：（1）在图像实时显示的过程中进行目标地理定位；（2）针对高原地区复杂地形的SAR图像进行高精度目标定位。本发明典型应用场景为：无人机飞行任务执行时，在SAR图像数据实时接收、显示过程中，操作员通过鼠标点击SAR显示图像中的目标中心位置，启动SAR图像定位并输出定位结果。

本发明的技术方案为：一种适应于复杂地形的机载SAR图像无控制点实时定位方法，包括以下步骤：