InSAR严密模型区域网平差的方法及装置与流程

本发明涉及合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic apertureradar, insar），具体涉及一种insar严密模型区域网平差的方法及装置，适用于机载、星载sar干涉影像的高精度几何定位与地面点三维坐标联合解算，尤其适合稀少或无地面控制点条件下的大区域insar测图与dem生产。

背景技术：

1、干涉合成孔径雷达（insar）是遥感对地观测领域的核心技术之一，其利用两个或多个sar天线对同一地表区域进行观测，通过回波信号的干涉相位信息反演地面高程与形变信息。insar技术具备全天候、全天时、大范围、高分辨率等突出优势，已广泛应用于数字高程模型（dem）生产、地表形变监测、地质灾害预警、城市地面沉降监测等诸多领域。

2、随着terrasar-x、sentinel-1、tandem-x等星载sar系统及各类机载sar系统的业务化运行，insar数据的获取能力大幅提升，行业应用对产品精度的要求也日益严苛。完整的insar处理流程包含复图像配准、干涉图生成、平地相位去除、相位滤波、相位解缠、相位-高程转换及地理编码等环节，几何定位精度贯穿全流程，直接决定dem产品的平面定位精度与高程反演精度。

3、在实现本发明过程中，发明人发现现有insar几何处理与区域网平差技术至少存在以下不足：

4、（1）单干涉对独立处理模式难以保障多景影像的几何一致性。当前主流insar处理软件（如gamma、snap等）普遍采用单干涉对独立解算模式，各景影像的定向参数单独精化，未建立多景影像间的全局几何约束，导致大范围dem生产中相邻影像产品接边误差显著，整体一致性差。

5、（2）传统sar区域网平差未实现几何观测与相位观测的联合严密平差。现有sar区域网平差方法大多仅基于影像灰度匹配的同名点坐标测量值构建平差模型，未将干涉相位作为独立观测量纳入统一平差框架，无法充分利用干涉相位的高精度观测信息提升三维定位精度。

6、（3）基于有理函数模型（rfm）的平差方法受模型近似误差限制。rfm通过多项式拟合近似替代物理成像模型，在常规场景下可满足基础精度需求；但对于大斜视、大测绘带的sar影像，距离向与方位向几何形变复杂，rfm的近似误差会明显放大，且rfm无法直接适配机载insar数据的严密处理。严密传感器模型基于sar成像的距离-多普勒物理方程构建，可更精准地描述sar成像几何关系。

7、（4）缺乏兼容多干涉模式的统一平差框架。当前insar系统包含乒乓模式、单发单收模式、单发多收模式等多种干涉模式，不同模式下电磁波传播路径与相位-路程转换关系存在差异；现有平差方法多针对单一干涉模式设计，无法实现多模式干涉数据的统一处理与联合平差。

8、（5）同平台主辅影像的参数耦合关系未得到充分利用，相位系统误差建模精度不足。在同平台多天线干涉场景中，辅影像的空间位置可通过主影像位置与安装基线矢量直接推导，现有平差方法大多未将该强约束纳入模型，导致参数解算冗余、稳定性不足；同时，现有方法对相位系统误差的建模较为简化，通常仅考虑部分参数，难以补偿多参数误差。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种基于严密传感器模型的insar区域网联合平差方法及装置，旨在解决以下核心技术问题：如何基于严密传感器模型构建insar区域网联合平差体系，建立影像几何测量值与干涉相位测量值的严密误差方程，设计适配多场景的平差参数与精化模型，在稀少控制点甚至无地面控制点的条件下，实现传感器系统参数、轨道参数、基线参数与相位系统误差参数的联合精化，完成多景insar影像的高精度三维联合定位，提升大区域insar产品的几何一致性与整体测图精度。

2、本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：

3、一方面，提供了一种insar严密模型区域网平差的方法，包括如下步骤：

4、s1：对区域网内的sar影像执行干涉处理，获取解缠后的干涉相位影像；

5、s2：通过自动匹配或人工辅助提取区域网内各主影像间的同名像点，并获取各同名点对应的干涉相位值；

6、s3：基于距离方程、多普勒方程与相位方程，构建描述地面点坐标与影像像点坐标、干涉相位映射关系的insar严密构像模型；

7、s4：构建各类平差参数的精化模型，配置区域网平差的待估参数；

8、s5：对严密构像模型线性化，分别构建主影像像点坐标测量值误差方程与干涉相位值误差方程；

9、s6：构建几何类、干涉类平差未知参数的虚拟测量值误差方程；

10、s7：联合所有误差方程构建法方程组，通过消元法消去地面点坐标未知数，求解得到平差精化参数与加密点地面坐标，输出高精度加密点坐标与精化后的insar模型参数；

11、s8：利用精化后的insar模型参数进行高精度三维模型重建。

12、另一方面，提供了一种insar严密模型区域网平差的装置，包括：

13、干涉处理模块，用于对区域网内的sar影像执行干涉处理，获取解缠后的干涉相位影像；

14、同名点提取模块，用于通过自动匹配或人工辅助提取区域网内各主影像间的同名像点，并获取各同名点对应的干涉相位值；

15、构像模型构建模块，用于基于距离方程、多普勒方程与相位方程，构建描述地面点坐标与影像像点坐标、干涉相位映射关系的insar严密构像模型；

16、参数精化配置模块，用于构建各类平差参数的精化模型，配置区域网平差的待估参数；

17、测量误差方程构建模块，用于对严密构像模型线性化，分别构建主影像像点坐标测量值误差方程与干涉相位值误差方程；

18、虚拟误差方程构建模块，用于构建几何类、干涉类平差未知参数的虚拟测量值误差方程；

19、平差解算模块，用于联合所有误差方程构建法方程组，通过消元法消去地面点坐标未知数，求解得到平差精化参数与加密点地面坐标，输出高精度加密点坐标与精化后的insar模型参数；

20、高精度模型重建模块，用于利用精化后的insar模型参数进行高精度三维模型重建。

21、上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

22、（1）全局一致性高。通过区域网联合平差，将多景影像的同名点约束和干涉相位约束融为一体，显著减小相邻影像间的接边误差，提升大区域insar产品的整体一致性和拼接精度。

23、（2）几何与干涉联合定位。将干涉绝对相位作为独立观测值纳入严密平差模型，与像点坐标观测值联合处理，有效提高了三维定位精度，尤其在稀少控制点条件下优势明显，可实现少控/无控条件下的高精度三维定位。

24、（3）模型精度高。基于距离-多普勒-相位方程组的严密传感器模型，无rfm近似误差，适应大斜视、大测绘带及机载/星载各类sar数据，能够精确描述sar成像几何关系。

25、（4）兼容性强。统一框架支持乒乓模式、单发单收、单发多收三种干涉模式，同时适配固定基线干涉、重轨干涉、异平台干涉等多种基线模式，以及机载、星载平台，具有良好的通用性和可扩展性。

26、（5）参数解算稳健。充分利用同平台主辅影像的刚性基线约束，减少冗余参数；通过虚拟测量值方程引入参数先验约束，有效防止法方程病态，保障解算稳定性。相位系统误差采用仿射变换模型，可有效补偿距离向和方位向的线性相位误差。

27、（6）多个技术手段之间的协同效应显著。本发明将严密构像模型、多模式兼容参数精化、几何与相位联合平差、虚拟测量值约束等多个技术手段有机结合，形成了一个完整的技术体系。所述严密构像模型为平差提供了高精度的函数模型基础；多模式兼容的精化参数体系使平差框架可灵活适配不同传感器配置；几何与相位联合平差充分利用了干涉相位的高精度信息；虚拟测量值方程则为平差系统提供了稳健的先验约束。上述技术手段并非简单叠加，而是通过有机协同产生了预料不到的技术效果：在稀少甚至无地面控制点的极端条件下，仍能实现大区域insar影像的高精度三维联合定位，整体定位精度显著优于单独使用任一技术手段的精度，且算法收敛性和计算效率均得到明显提升，为insar大区域高精度测图提供了完整的技术解决方案。