[发明专利]获取雷达的成像原点空间位置和基线水平方位角的方法

说明书

本发明公开了一种获取雷达的成像原点空间位置和基线水平方位角的方法，通过先建立GB‑SAR图像与DOM和DEM/DSM的同名点对，然后使用GB‑SAR图像中同名点的距离向数值与同名点对应的地理数据相结合，将雷达成像原点的地理坐标作为未知数建立距离方程，并求解方程组的未知数以获得雷达成像原点的三维地理坐标；并基于雷达成像原点地理坐标的结果和GB‑SAR图像中的方向角，进一步提出使用GB‑SAR图像中同名点的方位向数值和雷达成像原点到同名点的水平方位角逆推计算雷达基线水平方位角。本发明的方法能够解决GPS或者全站仪测量雷达基站基线水平方向时方向精度低和辅助测量设备过多以及配套硬件成本过高的问题。

技术领域

本发明属于GB-SAR地基合成孔径雷达技术领域，特别是涉及一种获取地基合成孔径雷达的成像原点空间位置和基线水平方位角的方法。

背景技术

地基合成孔径雷达GB-SAR，即安装在地面平台上的合成孔径雷达SAR，其通过合成孔径雷达成像技术获取距离向和方位向的二维图像。GB-SAR二维图像的两个维度分别是距离向和方位向，距离向数值代表的与雷达基站中心的距离，方位向数值代表的以零基线方位为基准顺时针或逆时针的偏转角度。

由于GB-SAR二维图像的两个维度数值分别是以雷达合成孔径成像原点和雷达合成孔径成像基准方向为极坐标系原点的数值，不具备地理信息，无法直接融合到三维地图，难以判读图像信息的地理空间方位。为了方便判读GB-SAR二维图像信息的地理空间方位，需要将二维GB-SAR图像映射到三维地形上进行显示，即二维GB-SAR图像与三维地形数据配准融合。二维GB-SAR图像的坐标系叫做雷达坐标系，三维地形数据的坐标系叫做地理坐标系。要实现二维GB-SAR图像到三维地形数据的映射配准，首先需要找到雷达坐标系与地理坐标系的关系。假设以地理坐标系作为基准，只要获取雷达坐标系在地理坐标系内的空间位置和方向即可得到雷达坐标系与地理坐标系的关系，进而结合GB-SAR成像模型得到二维GB-SAR图像中每个像素点到三维地形的映射配准关系。这个过程中获取雷达坐标系在地理坐标系内的空间位置和方向根据GB-SAR成像原理模型等效于获取雷达基站在三维地形对应的地理坐标参考系下的空间位置和基线水平方向。所以，获取地基雷达的基站空间位置（主要是逻辑原点坐标的位置）和基线水平方向是实现雷达图像与三维地形数据配准融合的必要条件。

在现有技术中，传统的获取雷达基站的空间位置主要使用带RTK服务的GPS测量雷达基站设备实体上的标记点的空间坐标。具体方式是：按照GPS的操作手册将GPS的天线放置在雷达基站实体上的标记点上静置等到GPS手部提示测量结果为“固定”解后测得的坐标值即所需测量的雷达基站空间坐标。使用全站仪也可以测量雷达基站设备实体上标记的空间坐标。测量方法因全站仪的生产厂商而不同，具体测量细节可以参考对应的操作手册。关键步骤是将全站仪的棱镜放置在雷达基站实体上的标记点上，然后用全站仪测量棱镜坐标即可换算为所需测量的雷达基站空间坐标。此外，获取基线水平方向的方法是通过测量雷达基站实体上的两个用来确定雷达零基线水平方向的标记点的空间坐标进而通过向量法计算出来。测量雷达基站实体上标记点的坐标的具体方法和获取雷达基站空间位置的方法一样。基线水平方向的最终数值可以用地理坐标系在水平面内某一坐标轴顺时针旋转到该基线水平方向的角度即水平方位角表示。

然而，上述现有技术中通过测绘仪器等硬件测量雷达基站实体上的标记点来获取雷达基站的空间位置（即成像原点空间位置）和基线水平方向的方法存在以下几个缺点：

（1）存在辅助测量设备过多以及配套硬件成本过高的问题，每次需要获取雷达基站的空间位置时必须要有对应的GPS或者测绘仪器等硬件，从而增加了雷达使用的成本。

（2）存在GPS或者全站仪测量雷达基站基线水平方向时方向精度低的问题，因为基线水平方向是通过测绘仪器测得的两个相距不超过2米的点位的空间坐标计算得到的，所以需要测得高精度的空间坐标才能得到高精度的基线水平方向。测得高精度的空间坐标就需要高精度的测绘仪器。测绘仪器精度越高，其价格也就更高，以致GB-SAR的使用成本变得更高。