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稀少（无）控制条件下机载SAR高精度定位技术研究

2020-12-07阅读(102)

稀少（无）控制条件下机载SAR高精度定位技术研究

论文摘要

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)具有全天时、全天候、穿透性等特点,已成为当前测绘困难地区数据获取和测图的重要手段。机载SAR系统具有实时获取与处理、机动灵活等特点,可依据用户需求获取大比例尺、高分辨率、高精度SAR数据,因此越来越得到各国研究者的关注,机载SAR影像精确定位随之成为SAR数据处理技术的研究重点和热点。传统的机载SAR影像定位方法需采用大量控制点,距离大面积、稀少控制区域地形测绘的应用需求还有较大差距,亟待解决稀少(无)地面控制条件下的机载SAR测图问题。本文从分析SAR影像几何特点入手,重点研究机载SAR误差源及其影响、稀少控制条件下机载SAR区域网平差、无控制条件下的机载SAR影像主动定位模型,实现复杂地形、大面积、稀少(无)控制点条件下的机载SAR影像高精度定位,提高困难地区测图精度和效率。本文的主要研究内容和主要贡献：1.分析了机载SAR定位模型。从SAR影像的几何特点和几何变形因素出发,分析了SAR影像与光学影像几何特性差异及机、星载SAR的区别；研究了机载SAR定位的原理及流程,并对机载SAR影像的定位模型及各定位模型的适用情况和优缺点进行了分析、比较。2.设计了机载多波段多极化干涉SAR测图系统关键技术指标。研究了影响干涉测量精度的因素及其引起的误差,并对机载多波段多极化干涉SAR测图系统X波段干涉SAR传感器的基线长度进行了设计,为飞机改装提供了关键技术指标。3.研究了复杂地形条件下的机载SAR航线设计方案。重点分析了SAR影像产生阴影的原因及影响阴影大小的因素,研究了机载SAR影像去除阴影的方案：加大重叠度、双向成像、垂直方向成像,定量分析了各种方法去除阴影的效果,并对横断山脉地区各种地形引起的阴影及可采用的消除方法进行了分析,对此地区进行了机载SAR航线设计。4.提出了稀少控制条件下机载SAR区域网平差模型。该模型采用了基于投影差改正的多项式法和基于F.Leberl构像模型的多片联合平差算法,可适用于不同侧视方向、不同航高、不同分辨率的多景SAR影像。根据多片联合平差模型,设计了相应的软件,进行了试验和方法改进,验证了该方法可用于平地、丘陵地区1：1万测图的区域网平差。5.提出了无控制条件下的机载SAR影像主动定位模型。研究了定位定向系统(Position and Orientation System, POS)数据处理的方法,包括天线动态偏心改正和雷达相位中心插值；提出了在无控制点情况下基于POS高精度位置和姿态数据的机载SAR高精度定位方法。试验验证了在无控制点情况下,此模型可用于1：5万测图。6.提出了稀少控制条件下机载SAR多航带区域网联合地理编码模型。研究了机载SAR多航带区域网联合地理编码算法,包括航带粗定位、机载SAR多航带区域网平差和航带精定位,并提出了机载SAR多航带区域网控制点布设方案。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 缩略语
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.1.1 SAR概述
  • 1.1.2 机载SAR测图系统
  • 1.1.3 问题的提出
  • 1.2 国内外研究现状与发展趋势
  • 1.2.1 SAR测图系统发展现状与趋势
  • 1.2.2 SAR影像定位国内外研究现状分析
  • 1.3 本文研究目的和主要内容
  • 1.3.1 研究目的
  • 1.3.2 研究内容
  • 1.3.3 论文的组织与章节安排
  • 第二章 SAR影像几何特点及几何变形分析
  • 2.1 SAR影像的分辨率
  • 2.1.1 距离向分辨率
  • 2.1.2 方位向分辨率
  • 2.2 几何特点
  • 2.2.1 斜距显示的近距离压缩
  • 2.2.2 透视收缩和叠掩
  • 2.2.3 阴影
  • 2.3 几何变形分析
  • 2.3.1 飞机飞行产生的影像畸变
  • 2.3.2 斜距投影变形
  • 2.3.3 地形起伏的影响
  • 2.3.4 地球曲率
  • 2.4 SAR影像与光学影像几何特性的差异
  • 2.4.1 分辨率
  • 2.4.2 投影方式
  • 2.4.3 观测方式
  • 2.4.4 透视收缩
  • 2.4.5 地形起伏引起的影像位移
  • 2.4.6 叠掩
  • 2.5 机载和星载SAR区别
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 机载SAR影像定位模型
  • 3.1 与SAR影像相关的坐标系统
  • 3.1.1 坐标系统
  • 3.1.2 坐标转换
  • 3.2 机载SAR高精度定位的原理及流程
  • 3.2.1 机载SAR高精度定位原理
  • 3.2.2 机载SAR定位的流程
  • 3.3 机载SAR构像模型与分析
  • 3.3.1 行中心投影模型
  • 3.3.2 G.Konecny构像模型
  • 3.3.3 多项式纠正模型
  • 3.3.4 基于投影差改正的多项式纠正模型
  • 3.3.5 F.Leberl构像模型
  • 3.3.6 R-D构像模型
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 机载SAR测图系统关键指标及航线设计
  • 4.1 机载SAR测图系统关键指标设计
  • 4.1.1 机载SAR测图系统介绍
  • 4.1.2 系统设计要求
  • 4.1.3 测图精度要求
  • 4.2 X波段双天线基线长度设计
  • 4.2.1 影响干涉测量精度的误差
  • 4.2.2 确定基线长度
  • 4.3 高精度导航地面试验
  • 4.3.1 OmniSTAR介绍
  • 4.3.2 OmniSTAR静态定位试验
  • 4.3.3 OmniSTAR动态定位试验
  • 4.4 机载SAR系统航线设计
  • 4.4.1 加大SAR影像重叠度
  • 4.4.2 双向成像
  • 4.4.3 垂直方向成像
  • 4.4.4 横断山脉地区试验
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 稀少控制下的机载SAR区域网平差
  • 5.1 多片联合平差的SAR几何纠正模型
  • 5.2 基于投影差改正的多项式纠正法多片联合平差
  • 5.2.1 误差方程
  • 5.2.2 多片联合平差解算
  • 5.2.3 多片联合平差条件
  • 5.3 基于投影差改正的多项式纠正法多片联合平差试验
  • 5.3.1 试验一
  • 5.3.2 试验二
  • 5.3.3 试验结果分析
  • 5.4 基于F.Leberl构像模型的多片联合平差
  • 5.4.1 FLeberl构像模型误差方程
  • 5.4.2 构像模型解算
  • 5.4.3 多片联合平差条件
  • 5.4.4 试验
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 基于POS数据的机载SAR主动定位技术
  • 6.1 POS数据处理
  • 6.1.1 坐标系及地图投影间的转换
  • 6.1.2 雷达天线动态偏心改正
  • 6.1.3 雷达天线相位中心插值
  • 6.2 机载SAR影像主动定位模型
  • 6.2.1 R-D模型
  • 6.2.2 模型参数
  • 6.2.3 模型解算方法
  • 6.3 主动定位模型解算
  • 6.3.1 直接定位法
  • 6.3.2 间接定位法
  • 6.3.3 定位方法比较
  • 6.4 主动定位模型试验与分析
  • 6.4.1 试验数据
  • 6.4.2 试验结果
  • 6.4.3 试验结果分析
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 机载SAR多航带区域网联合地理编码
  • 7.1 机载SAR多航带区域网方案设计
  • 7.1.1 机载SAR多航带区域网联合地理编码的原理
  • 7.1.2 区域网控制点布设方案
  • 7.1.3 机载SAR多航带联合地理编码控制点布设方案
  • 7.2 机载SAR多航带区域网联合地理编码算法
  • 7.2.1 航带粗定位
  • 7.2.2 机载SAR多航带区域网平差
  • 7.2.3 多航带区域网平差条件
  • 7.3 航带精定位
  • 7.3.1 R-D模型解算
  • 7.3.2 未考虑椭球方程的R-D模型解算
  • 7.4 本章小结
  • 第八章 总结与展望
  • 8.1 全文总结
  • 8.2 本文创新点
  • 8.3 研究展望
  • 参考文献
  • 攻读博士期间发表论文和参加的科研项目
  • 致谢
  • 附表

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