机载SAR图像无控制点定位技术研究

作     者：樊宁君 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：匡纲要

授予年度：2013年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：机载SAR 地面控制点 GPS/INS 随机抽样一致性 互信息 

摘      要：机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统灵活多变,可以全天时、全天候、高分辨率对目标区域成像,在现代化的战争中具有重要的应用价值。为了对重点目标和区域进行有效监控,提取出感兴趣的信息,获取的SAR图像中往往需要包含精准的位置信息,这就必须要对SAR图像进行定位;另外,传统的定位是基于地面控制点的方法,而沙漠、海面或者境外等区域的地面控制点的获取非常困难。因此,机载SAR图像的无控制点定位具有重要的研究价值。本文针对机载SAR图像的无控制点定位进行深入研究,主要内容如下:1.研究了基于机载SAR图像构像模型的无控制点概略定位方法。机载SAR图像的无控制点定位模型主要有***模型和R-D模型,考虑到机载SAR的飞行高度有限,可以忽略地球曲率的影响,从而选择***模型为基本参考模型。在该模型的基础上,利用机载SAR图像的成像几何特点,结合GPS(Global Positioning System,全球定位系统)和INS(Inertial Navigation System,惯性导航系统)两者的组合系统给出的测量数据,给出了机载SAR图像的无控制点概略定位改进方法,就该方法下对影响定位误差的因素进行了实验和详细分析,并对组合导航定位系统的测量数据对定位误差的影响进行了分析和实验验证。该方法以地理坐标系为基本坐标系统,在载机飞行方向与水平面不平行的情况下,该方法仍然适用;在求解过程中提出了目标点位置取值判决方法,整个定位流程不需要迭代运算。2.研究了基于SAR图像与光学图像配准的机载SAR图像无控制点精确定位方法。由于光学图像解译程度高,易于判读,定位准确,利用已有的精确定位的光学图像,结合图像的直线特征分别求取概略定位的SAR图像和相应光学图像的直线交点,利用随机抽样一致性(Random Sampling Consensus,RANSAC)方法从两幅图像的交点集中匹配出同名点,进而将概略定位SAR图像与光学图像进行配准,得到配准的SAR图像;针对配准的SAR图像存在平移和微小旋转的特点,结合互信息用于SAR图像和光学图像的配准中的可行性和适用范围的研究分析,将互信息的方法用于粗配准的SAR图像与光学图像的精配准,得到最终配准的机载SAR图像。