缺少控制点的星载SAR遥感影像对地目标定位 (2010年)

从距离和多普勒方程出发，构建了无需地面控制点的直接对地目标定位模型，推导了缺少控制点时的精化轨道参数及成像几何参数等的数学模型。经过对北京某地区一景ENVISAT ASAR影像进行直接对地目标定位。获得了实地上±170.966m（约±8.7像素）的平面精度；利用单个地面控制点对星栽SAR影像的定向参数实施调整后，对地目标定位平面精度提高到±54.665m（约士2.8像素），控制点数目增加到4个时，对地目标定位平面精度接近±2像素。结果显示，对困难地区采用星载SAR遥感影像对地目标定位具有很好的应用前景。 ### 缺少控制点的星载SAR遥感影像对地目标定位 #### 摘要及背景 本文探讨了一种新型的星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)遥感影像对地目标定位技术。该技术特别之处在于能够减少或甚至不依赖地面控制点进行定位，这对于在难以到达或者没有合适地面控制点的地区进行目标定位具有重要意义。研究通过构建一种无需地面控制点的直接对地目标定位模型，并推导出在缺乏控制点时精化轨道参数及成像几何参数的数学模型，实现了在没有或仅有少量控制点的情况下对目标进行定位。 #### 关键技术与方法 **星载合成孔径雷达(SAR)简介：** 星载SAR是一种能够全天候、全天时对地球表面进行观测的遥感技术。由于其独特的性能，SAR在地形测绘、国土资源调查、农作物估产、水文监测和灾害评估等多个领域展现出巨大的应用潜力。然而，对于中低分辨率的星载SAR影像，由于斑点噪声的存在，地面控制点的选取和识别变得十分困难，尤其是在广阔的海域和人迹罕至的地区。 **构像方程的重要性：** 为了实现星载SAR影像的精确对地目标定位，首先需要建立SAR影像的构像方程。现有的构像方程大致可以分为四类： 1. **顿斯科夫模型**：理论严谨但形式复杂； 2. **基于共线条件方程的模型**：最早由Konecny提出，考虑了斜距表示的SAR影像数学模型，但忽略了SAR距离投影的特点； 3. **行中心投影模型**：将SAR影像视为线阵列CCD扫描影像，采用行中心投影模型，适用于近似的SAR影像几何处理； 4. **基于距离多普勒条件的模型**：直接描述SAR成像的物理模型，广泛应用于SAR成像。 **基于距离多普勒条件方程的SAR影像定位模型：** 本文采用基于距离多普勒条件方程的方法建立SAR影像定位模型。通过雷达照射区域内等时延的同心圆束和等多普勒频移的双曲线束，结合回波信号时延信息和多普勒频移信息，实现对目标点的定位。具体来说，雷达天线中心到地面点的距离可以通过距离方程表示，而多普勒频率则可以通过多普勒条件方程计算得出。这些方程考虑了卫星和地面点之间的相对运动以及雷达波长等因素。 #### 实验验证与结果 为了验证所提出的模型的有效性，研究者选取了北京某地区的ENVISAT ASAR影像作为实验数据源。实验结果表明，在没有任何地面控制点的情况下，直接对地目标定位的平面精度达到了±170.966米（约±8.7像素）。当引入单个地面控制点时，定位精度显著提高到了±54.665米（约±2.8像素）。随着控制点数量的增加（例如增加到4个控制点），定位精度进一步提升至接近±2像素。 #### 结论与展望 本研究通过构建无需地面控制点的直接对地目标定位模型，证明了即使在缺少控制点的情况下也能实现对地目标的高精度定位。这对于在难以获取地面控制点的地区（如广阔的海洋和无人区）使用星载SAR遥感影像进行精确的目标定位具有重要的实践意义。未来的研究可以进一步优化模型，提高定位精度，并探索更多应用场景，以充分发挥星载SAR遥感影像的优势。