本发明涉及一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法及其系统，与现有技术相比解决了需依赖地面几何定标场数据进行定标的缺陷。本发明包括以下步骤：构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型；附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标求解准备工作；对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解。本发明提出一种具有较好操作性的联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法及系统，能实现SAR卫星无场化自定标，从而有效保障SAR卫星的几何定位精度。
1.一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法，其特征在于，包括以下步骤：
11)构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型：利用SAR影像的元数据信息构建其距离多普勒几何定位模型，根据SAR影像上非摄影测量观测条件构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型；
所述构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型包括以下步骤：
111)根据参与无场几何自定标处理的所有SAR影像其对应的元数据信息构建相应距离多普勒几何定位模型如下：其中，fR为距离方程；fA为多普勒方程；ta为观测像元的方位向时间；τρ为观测像元的距离向时间；(τρ,ta)构成观测像元的时间量纲坐标，根据SAR影像的方位向起始时间ta,satart、脉冲重复频率PRF、距离向近端距离Rmin、距离向采样频率RFS将观测目标的时间量纲坐标转化为像素坐标(x,y)，x为距离向像素坐标、y为方位向像素坐标；XS(ta)和 分别为观测目标对应的方位向观测时刻的SAR天线相位中心在WGS84坐标系下的位置和速度矢量；c为光速；λ为SAR卫星的波长；XT为观测目标在WGS84坐标系下的位置矢量，其值为待求量；
113)附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的构建：
利用构建的非摄影测量观测约束条件，构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型如下：τρ，true＝τρ,observe+Δτρ,atom+Δτρ,geoid+Δτρ,calta,true＝ta,observe+Δta,geoid+Δta,calConstra ints:CVLXT＝GVL，
上式中，τρ,observe和ta,observe分别为观测目标的距离向和方位向时间观测坐标，由于各种误差的存在，距离向观测坐标值τρ,observe中包含大气造成的距离向时延误差Δτρ,atom、地球物理效应造成的距离向误差Δτρ,geoid以及距离向时间系统误差Δτρ,cal；方位向观测坐标值ta,observe中包含地球物理效应造成的方位向误差Δta,geoid以及方位向时间系统误差Δta,cal；其中Δτρ,cal、Δta,cal为待定求解的参数；CVLXT＝GVL是求解定标参数附件的限制；
12)附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标求解准备工作：筛选立体观测角值范围在40°到140°内的立体SAR影像，提取非摄影测量观测条件约束值以及观测点的像方坐标，并对其多普勒几何定位模型中的大气延迟误差以及地球物理学运动效应进行改正；
13)对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解：逐个对SAR影像附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型进行线性化处理，并对待求参数赋初值，迭代求解出几何定标参数。
2.根据权利要求1所述的一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法，其特征在于，所述附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标求解准备工作包括以下步骤：
21)附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标影像的获取：搜集同一观测区域内多景时宽带宽一样的待定标影像，并根据其元数据信息，得到立体影像对的立体观测角，选取立体观测角值范围在40°到140°内的立体影像对；
22)非摄影测量观测条件约束值以及观测点的像方坐标的获取：筛选立体SAR影像中位于同一建筑物边线的观测点，获取其先验高差值和在SAR影像上的像方观测坐标；
23)对步骤22)中获取的观测点的像方坐标进行大气延迟以及地球物理效应改正：根据附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的观测时间以及外界大气参数，求取出参与无场几何定标的SAR影像中地球物理效应造成的距离向误差Δτρ,cal以及方位向时间系统误差 大气造成的在距离向时延误差Δτρ,atom；完成附加非摄影测量观测条件约束无场几何定标求解准备工作。
3.根据权利要求1所述的一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法，其特征在于，所述对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解包括以下步骤：
31)逐个SAR影像对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的线性化处理，以构建误差方程；
分别对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型中待求距离向时间定标参数 方位向时间定标参数 以及未知观测点的三维坐标矢量XT求取偏导数，则对于物方点k在SAR影像j上投影点的线性关系式记为：距离方程线性化：
其中 为SAR影像j上物方点k的距离观测残差； 为SAR影像j上物方点k的方位观测残差； 为SAR影像j上物方点k的条件约束观测残差； 为SAR影像j的距离方程对方位向定标参数求偏导； 为SAR影像j的距离方程对距离向定标参数求偏导； 为SAR影像j的观测方程对物方点k的坐标矢量求偏导； 为SAR影像j的多普勒方程对方位向定标参数求偏导； 为SAR影像j的多普勒方程对距离向定标参数求偏导； 为SAR影像j的多普勒方程对物方点k的坐标矢量求偏导； 为条件约束方程对方位向定标参数求偏导； 为条件约束方程对距离向定标参数求偏导； 为条件约束方程对物方点k的坐标矢量求偏导； 为方位向定标参数的改正数； 为距离向定标参数的改正数；
为物方点k的坐标改正矢量； 及 分别为距离方程、多普勒方程及条件约束方程的观测值；
式中，t表示SAR影像系统误差补偿参数；X为观测目标坐标未知数向量；A和B分别为其相应的系数矩阵；l和PΦ分别为影像坐标观测值向量及其权阵；该式是附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的基本方程；
上式中存在两类未知数，SAR影像系统误差补偿参数t和观测目标点未知数X；
32)对定标参数待求未知数以及目标点三维坐标未知数附初始值：分别对SAR影像j的距离向系统误差 和方位向系统误差 附初值为0；将SAR影像j的中心位置矢量赋值给物方点k的三维坐标初值；
33)求解附加非摄影测量观测条件约束的误差方程，得到SAR影像j的距离向系统误差改正数 和方位向系统误差改正数 并将改正值更新补偿至定标参数中；
34)利用新的距离向系统误差参数以及方位向系统误差参数，求解物方点k的未知数改正数 并将改正值更新补偿至物方点k的三维坐标中；
35)重复步骤33)至34)步，直到两类未知的改正值都小于阈值10 为止；
36)得到SAR影像j的距离向系统误差定标参数以及方位向系统误差定标参数，完成联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标。
4.根据权利要求1所述的一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法，其特征在于，所述非摄影测量观测约束条件的构建包括以下步骤：
41)垂线约束条件的构建：根据不同观测点位于同一铅垂线的几何约束条件：设某建筑边线上两观测点P1(B1,L1,H1)和P2(B2,L2,H2)，垂线约束条件方程如下：(B1‑B2)＝0
其中，B1、L1以及H1为P1观测点的经度、纬度以及大地高坐标；B2、L2以及H2为P2观测点的经度、纬度以及大地高坐标；
42)距离约束条件的构建：根据不同观测点之间的先验高差构建高差约束条件：由先验知识，P1点与P2高差为δh1,2，则构建如下方程：(H2‑H1)＝δh1,2；
其中，CVL为约束条件；GVL为约束条件值；XT为参与构建约束条件的观测点。
5.根据权利要求1所述的一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法的系统，其特征在于，包括以下模块：SAR影像严密几何定位模型构建模块，用于对SAR影像根据元数据文件生成距离多普勒几何定位模型；SAR影像大气延迟以及地球物理效应误差改正模块，用于对SAR影像观测时受大气延迟导致的对流层及电离层延迟改正、地球物理效应造成的固体潮误差改正；联合非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型构建模块，用于对SAR影像中如垂线约束条件、高差约束条件构建几何定标模型；联合非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解模块，完成对SAR影像的距离向及方位向系统误差定标参数求解；SAR影像精化RPC生成模块，用于将无场几何定标参数补偿至影像中重新生成高精度的通用有理函数几何定位模型。
一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法
及其系统
技术领域
[0001] 本发明涉及星载SAR卫星影像处理技术领域，具体来说是一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法及其系统。
背景技术
[0002] 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)凭借其全天时、全天候、高分辨、强穿透、非接触等观测优势，已经发展成为支撑国家安全、军事国防、环境监测、灾害防控、资源勘测以及城市规划等领域的重要空天科技手段，是当前国际最前沿的对地观测技术之一。高几何质量SAR影像是合成孔径雷达系统高精度实施对地观测任务最基础与最根本性保障。目前主要通过场地几何定标方法来实现SAR卫星的高几何定位精度，但由于场地几何定标方法实施方式复杂、成本较高，无法及时实现SAR卫星几何定标参数更新。
[0003] 对于无几何定标场的定标方法的研究，当前多集中在光学卫星处理，国外Pleiades光学卫星利用卫星高敏捷特性实现较好的自定标精度。在SAR卫星无场几何定标方面研究，目前有利用几何定位一致性约束，但该方法本质上是自由区域网平差，求解出的定标参数有效性较差；以及提出利用对称几何构型约束实现无场自定标，虽然该方法能较好实现与传统几何定标精度相当的定标参数解算，但由于需要对称性立体配置且依赖外部高精度数字高程模型，实现起来较为复杂。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术中需依赖地面几何定标场数据进行定标的缺陷，提供一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法及其系统来解决上述问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0006] 一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法，包括以下步骤：
[0007] 11)构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型：利用SAR影像的元数据信息构建其距离多普勒几何定位模型，根据SAR影像上非摄影测量观测条件构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型；
[0008] 12)附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标求解准备工作：筛选立体观测角值范围在40°到140°内的立体SAR影像，提取非摄影测量观测条件约束值以及观测点的像方坐标，并对其多普勒几何定位模型中的大气延迟误差以及地球物理学运动效应进行改正；
[0009] 13)对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解：逐个对 SAR影像附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型进行线性化处理，并对待求参数赋初值，迭代求解出几何定标参数。
[0010] 所述构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型包括以下步骤：
[0011] 21)根据参与无场几何自定标处理的所有SAR影像其对应的元数据信息构建相应距离多普勒几何定位模型如下：
[0012] fR(XS(ta),XT,tρ)＝|XS‑XT|‑c/2·τρ＝0
[0013]
[0014] 其中，fR为距离方程；fA为多普勒方程；ta为观测像元的方位向时间；τρ为观测像元的距离向时间；(τρ,ta)构成观测像元的时间量纲坐标，根据SAR影像的方位向起始时间ta,satart、脉冲重复频率PRF、距离向近端距离Rmin、距离向采样频率RFS将观测目标的时间量纲坐标转化为像素坐标(x,y)，x为距离向像素坐标、y为方位向像素坐标；XS(ta)和 分别为观测目标对应的方位向观测时刻的SAR天线相位中心在WGS84坐标系下的位置和速度矢量；c为光速；λ为SAR卫星的波长；XT为观测目标在WGS84坐标系下的位置矢量，其值为待求量；
[0015] 22)非摄影测量观测约束条件的构建；
[0016] 23)附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的构建：
[0017] 利用构建的非摄影测量观测约束条件，构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型如下：
[0018] τρ，true＝τρ,observe+△τρ,atom+△τρ,geoid+△τρ,cal
[0019] ta,true＝ta,observe+△ta,geoid+△ta,cal
[0020] Constraints:CVLXT＝GVL，
[0021] 上式中，τρ,observe和ta,observe分别为观测目标的距离向和方位向时间观测坐标，由于各种误差的存在，距离向观测坐标值τρ,observe中包含大气造成的距离向时延误差△τρ,atom、地球物理效应造成的距离向误差△τρ,cal以及距离向时间系统误差 方位向观测坐标值ta,observe中包含地球物理效应造成的距离向误差△ta,geoid以及方位向时间系统误差 其中△τρ,cal、△ta,cal为待定求解的参数；CVLXT＝GVL是求解定标参数附件的限制。
[0022] 所述附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标求解准备工作包括以下步骤：
[0023] 31)附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标影像的获取：搜集同一观测区域内多景时宽带宽一样的待定标影像，并根据其元数据信息，得到立体影像对的立体观测角，选取立体观测角值范围在40°到140°内的立体影像对；
[0024] 32)非摄影测量观测条件约束值以及观测点的像方坐标的获取：筛选立体 SAR影像中位于同一建筑物边线的观测点，获取其先验高差值和在SAR影像上的像方观测坐标；
[0025] 33)对步骤32)中获取的观测点的像方坐标进行大气延迟以及地球物理效应改正：
[0026] 根据附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的观测时间以及外界大气参数，求取出参与无场几何定标的SAR影像中地球物理效应造成的距离向误差△τρ,cal以及方位向时间系统误差 大气造成的在距离向时延误差△τρ,atom；完成附加非摄影测量观测条件约束无场几何定标求解准备工作。
[0027] 所述对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解包括以下步骤：
[0028] 41)逐个SAR影像对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的线性化处理，以构建误差方程；
[0029] 分别对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型中待求距离向时间定标参数 方位向时间定标参数 以及未知观测点的三维坐标矢量 XT求取偏导数，则对于物方点k在SAR影像j上投影点的线性关系式记为：
[0030] 距离方程线性化：
[0031] 多普勒方程线性化为：
[0032] 条件约束方程线性化为：
[0033] 其中 为SAR影像j上物方点k的距离观测残差； 为SAR影像j上物方点k的方位观测残差； 为SAR影像j上物方点k的条件约束观测残差； 为SAR影像j的距离方程对方位向定标参数求偏导； 为SAR影像j的距离方程对距离向定标参数求偏导； 为SAR影像j的观测方程对物方点k的坐标矢量求偏导； 为SAR影像j的多普勒方程对方位向定标参数求偏导； 为SAR影像j的多普勒方程对距离向定标参数求偏导； 为SAR影像j 的多普勒方程对物方点k的坐标矢量求偏导； 为条件约束方程对方位向定标参数求偏导； 为条件约束方程对距离向定标参数求偏导； 为条件约束方程对物方
点k的坐标矢量求偏导； 为方位向定标参数的改正数； 为距离向定标参数的改
正数； 为物方点k的坐标改正矢量； 及 分别为距离方程、多普勒方程及条件约
束方程的观测值；
[0034] 将上式简化为：
[0035] V＝At+BX‑l,PΦ
[0036] 式中，t表示SAR影像系统误差补偿参数；X为观测目标坐标未知数向量； A和B分别为其相应的系数矩阵；l和PΦ分别为影像坐标观测值向量及其权阵；该式是附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的基本方程；
[0037] 上式对应的误差法方程为：
[0038]
[0039] 进一步简化为：
[0040]
[0041] 上式中存在两类未知数，SAR影像系统误差补偿参数t和观测目标点未知数 X；
[0042] 42)对定标参数待求未知数以及目标点三维坐标未知数附初始值：分别对 SAR影像j的距离向系统误差 和方位向系统误差 附初值为0；将SAR 影像j的中心位置矢量赋值给物方点k的三维坐标初值；
[0043] 43)求解附加非摄影测量观测条件约束的误差方程，得到SAR影像j的距离向系统误差改正数 和方位向系统误差改正数 并将改正值更新补偿至定标参数中；
[0044] 44)利用新的距离向系统误差参数以及方位向系统误差参数，求解物方点 k的未知数改正数 并将改正值更新补偿至物方点k的三维坐标中；
[0045] 45)重复步骤43)至44)步，直到两类未知的改正值都小于阈值10‑5为止；
[0046] 46)得到SAR影像j的距离向系统误差定标参数以及方位向系统误差定标参数，完成联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标。
[0047] 所述非摄影测量观测约束条件的构建包括以下步骤：
[0048] 51)垂线约束条件的构建：根据不同观测点位于同一铅垂线的几何约束条件：设某建筑边线上两观测点P1(B1,L1,H1)和P2(B2,L2,H2)，垂线约束条件方程如下：
[0049] (B1‑B2)＝0
[0050] (L1‑L2)＝0，
[0051] 其中，B1、L1以及H1为P1观测点的经度、纬度以及大地高坐标；B2、L2以及H2为P2观测点的经度、纬度以及大地高坐标；
[0052] 52)距离约束条件的构建：根据不同观测点之间的先验高差构建高差约束条件：由先验知识，P1点与P2高差为δh1,2，则构建如下方程：
[0053] (H2‑H1)＝δh1,2；
[0054] 53)以上条件方程的矩阵形式统一记为：
[0055] CVLX＝GVL，
[0056] 其中，CVL为约束条件；GVL为约束条件值；X为参与构建约束条件的观测点。
[0057] 一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法的系统，包括以下模块：
[0058] SAR影像严密几何定位模型构建模块，用于对SAR影像根据元数据文件生成距离多普勒几何定位模型；SAR影像大气延迟以及地球物理效应误差改正模块，用于对SAR影像观测时受大气延迟导致的对流层及电离层延迟改正、地球物理效应造成的固体潮误差改正；联合非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型构建模块，用于对SAR影像中如垂线约束条件、高差约束条件构建几何定标模型；联合非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解模块，完成对SAR影像的距离向及方位向系统误差定标参数求解；SAR影像精化RPC 生成模块，用于将无场几何定标参数补偿至影像中重新生成高精度的通用有理函数几何定位模型。
[0059] 有益效果
[0060] 本发明的一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法及其系统，与现有技术相比提出一种具有较好操作性的联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法及系统，能实现SAR卫星无场化自定标，从而有效保障SAR卫星的几何定位精度。
[0061] 相较传统依赖几何定标场方法，本发明拥有如下显著优势：
[0062] (1)本发明根据SAR影像中非摄影测量条件，如不同观测点位于同一铅垂线、不同观测点间的先验高差约束，构建无需几何定标场依赖的定标参数求解模型，可进一步降低国产SAR影像几何定标成本，实现高频次定标，从而可有效保障国产SAR几何定位精度，满足遥感应用对高精度SAR几何定位的需求；
[0063] (2)本发明在一定程度可替代传统依赖高精度控制的SAR几何定标，实现快速、低成本、高频率的几何定标。
附图说明
[0064] 图1为本发明的方法顺序图；
[0065] 图2为本发明所涉及的方法实施流程图；
[0066] 图3为SAR影像中存在的非摄影测量观测值示意图；
[0067] 图4为非摄影测量观测条件定标求解约束示意图。
具体实施方式
[0068] 为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
[0069] 如图1和图2所示，本发明所述的一种联合非摄影测量观测条件约束的 SAR无控几何定标方法，包括以下步骤：
[0070] 第一步，构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型。利用SAR 影像的元数据信息构建其距离多普勒几何定位模型，根据SAR影像上非摄影测量观测条件构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型。
[0071] 由于在SAR影像观测场景中较容易找到具有非摄影测量信息的观测值，相较其他已有的方法具有很好的操作性，但在实际应用过程中，需联合外部先验信息对几何约束条件进行赋值，如两观测点高差、以及两观测点是否位于同一铅垂线上。
[0072] 其具体步骤如下：
[0073] 所述构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型包括以下步骤：
[0074] (1)根据参与无场几何自定标处理的所有SAR影像其对应的元数据信息构建相应距离多普勒几何定位模型如下：
[0075] fR(XS(ta),XT,tρ)＝|XS‑XT|‑c/2·τρ＝0
[0076]
[0077] 其中，fR为距离方程；fA为多普勒方程；ta为观测像元的方位向时间；τρ为观测像元的距离向时间；(τρ,ta)构成观测像元的时间量纲坐标，根据SAR影像的方位向起始时间ta,satart、脉冲重复频率PRF、距离向近端距离Rmin、距离向采样频率RFS将观测目标的时间量纲坐标转化为像素坐标(x,y)，x为距离向像素坐标、y为方位向像素坐标；XS(ta)和 分别为观测目标对应的方位向观测时刻的SAR天线相位中心在WGS84坐标系下的位置和速度矢量；c为光速；λ为SAR卫星的波长；XT为观测目标在WGS84坐标系下的位置矢量，其值为待求量。
[0078] (2)非摄影测量观测约束条件的构建。
[0079] 星载SAR影像中存在一些更一般的原始的非摄影测量观测值或条件，可以利用这些观测值或条件。如图3所示，位于建筑物铅锤边线的观测点，在斜距无误差情况下，交会的点平面坐标应相等，此外根据先验知识，楼层高差为某一常数值C。这些非摄影测量观测值可以按相应条件方程写出其误差方程式，并与式距离多普勒几何定位方程一起参与平差求解定标参数。图4为联合非摄影测量观测条件求解约束的示意图，S1和S2任意两张单视斜距复数SAR影像，假定存在位于房屋边线的两个观测点P1、P2，根据先验知识，P1、P2两点高差为常数值△h。当斜距存在误差时，实际交会至P′1、P′2点，P′1和P′2点高差为△h′。实际上，P′1和P′2点应位于同一铅垂线上(垂线约束条件)，并且高差正确值为△h (距离约束条件)。联合非摄影测量观测条件约束下的无地面控制定标参数求解方法基本原理正是利用这两条件不符值去构建误差方程，以此作为构建自定标误差方程的约束条件，实现不依赖地面控制的几何自定标。
[0080] 非摄影测量观测约束条件的构建包括以下步骤：
[0081] A1)垂线约束条件的构建：根据不同观测点位于同一铅垂线的几何约束条件：设某建筑边线上两观测点P1(B1,L1,H1)和P2(B2,L2,H2)，垂线约束条件方程如下：
[0082] (B1‑B2)＝0
[0083] (L1‑L2)＝0，
[0084] 其中，B1、L1以及H1为P1观测点的经度、纬度以及大地高坐标；B2、L2以及H2为P2观测点的经度、纬度以及大地高坐标；
[0085] A2)距离约束条件的构建：根据不同观测点之间的先验高差构建高差约束条件：由先验知识，P1点与P2高差为δh1,2，则构建如下方程：
[0086] (H2‑H1)＝δh1,2；
[0087] A3)以上条件方程的矩阵形式统一记为：
[0088] CVLX＝GVL，
[0089] 其中，CVL为约束条件；GVL为约束条件值；X为参与构建约束条件的观测点。
[0090] (3)附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的构建。
[0091] 利用构建的非摄影测量观测约束条件，构建附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型如下：
[0092] τρ，true＝τρ,observe+△τρ,atom+△τρ,geoid+△τρ,cal
[0093] ta,true＝ta,observe+△ta,geoid+△ta,cal
[0094] Constraints:CVLXT＝GVL，
[0095] 上式中，τρ,observe和ta,observe分别为观测目标的距离向和方位向时间观测坐标，由于各种误差的存在，距离向观测坐标值τρ,observe中包含大气造成的距离向时延误差△τρ,atom、地球物理效应造成的距离向误差△τρ,cal以及距离向时间系统误差 方位向观测坐标值ta,observe中包含地球物理效应造成的距离向误差△ta,geoid以及方位向时间系统误差 其中△τρ,cal、△ta,cal为待定求解的参数；CVLXT＝GVL是求解定标参数附件的限制。
[0096] 第二步，附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标求解准备工作：筛选立体观测角值范围在40°到140°内的立体SAR影像，提取非摄影测量观测条件约束值以及观测点的像方坐标，并对其多普勒几何定位模型中的大气延迟误差以及地球物理学运动效应进行改正。其具体步骤如下：
[0097] (1)附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标影像获取：由于不同时宽、带宽的SAR影像系统误差不具有一致性，因此需针对特定时宽、带宽组合的SAR进行系统几何定位误差定标。附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标影像的获取：搜集同一观测区域内多景时宽带宽一样的待定标影像，并根据其元数据信息，得到立体影像对的立体观测角，选取立体观测角值范围在40°到140°内的立体影像对；
[0098] (2)非摄影测量观测条件约束值以及观测点的像方坐标的获取：筛选立体SAR影像中位于同一建筑物边线的观测点，获取其先验高差值和在SAR影像上的像方观测坐标；
[0099] (3)对步骤(2)中获取的观测点的像方坐标进行大气延迟以及地球物理效应改正：
[0100] 根据附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的观测时间以及外界大气参数，求取出参与无场几何定标的SAR影像中地球物理效应造成的距离向误差△τρ,cal以及方位向时间系统误差 大气造成的在距离向时延误差△τρ,atom；完成附加非摄影测量观测条件约束无场几何定标求解准备工作。
[0101] 第三步，对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解：逐个对SAR影像附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型进行线性化处理，并对待求参数赋初值，迭代求解出几何定标参数。
[0102] 对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解包括以下步骤：
[0103] (1)逐个SAR影像对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的线性化处理，以构建误差方程；
[0104] 分别对附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型中待求距离向时间定标参数 方位向时间定标参数 以及未知观测点的三维坐标矢量XT求取偏导数，则对于物方点k在SAR影像j上投影点的线性关系式记为：
[0105] 距离方程线性化：
[0106] 多普勒方程线性化为：
[0107] 条件约束方程线性化为：
[0108] 其中 为SAR影像j上物方点k的距离观测残差； 为SAR影像j上物方点k的方位观测残差； 为SAR影像j上物方点k的条件约束观测残差； 为SAR影像j的距离方程对方位向定标参数求偏导； 为SAR影像j的距离方程对距离向定标参数求偏导； 为SAR影像j的观测方程对物方点k的坐标矢量求偏导； 为SAR影像j的多普勒方程对方位向定标参数求偏导； 为SAR影像j的多普勒方程对距离向定标参数求偏导； 为SAR影像j 的多普勒方程对物方点k的坐标矢量求偏导； 为条件约束方程对方位向定标参数求偏导； 为条件约束方程对距离向定标参数求偏导； 为条件约束方程对物方点k的坐标矢量求偏导； 为方位向定标参数的改正数； 为距离向定标参数的改正
数； 为物方点k的坐标改正矢量； 及 分别为距离方程、多普勒方程及条件约束
方程的观测值；
[0109] 将上式简化为：
[0110] V＝At+BX‑l,PΦ
[0111] 式中，t表示SAR影像系统误差补偿参数；X为观测目标坐标未知数向量； A和B分别为其相应的系数矩阵；l和PΦ分别为影像坐标观测值向量及其权阵；该式是附加非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型的基本方程；
[0112] 上式对应的误差法方程为：
[0113]
[0114] 进一步简化为：
[0115]
[0116] 上式中存在两类未知数，SAR影像系统误差补偿参数t和观测目标点未知数 X；
[0117] (2)对定标参数待求未知数以及目标点三维坐标未知数附初始值：分别对SAR影像j的距离向系统误差 和方位向系统误差 附初值为0；将SAR 影像j的中心位置矢量赋值给物方点k的三维坐标初值；
[0118] (3)求解附加非摄影测量观测条件约束的误差方程，得到SAR影像j的距离向系统误差改正数 和方位向系统误差改正数 并将改正值更新补偿至定标参数中；
[0119] (4)利用新的距离向系统误差参数以及方位向系统误差参数，求解物方点k的未知数改正数 并将改正值更新补偿至物方点k的三维坐标中；
[0120] (5)重复步骤(3)至(4)步，直到两类未知的改正值都小于阈值10‑5为止；
[0121] (6)得到SAR影像j的距离向系统误差定标参数以及方位向系统误差定标参数，完成联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标。
[0122] 在实际应用中，将求解的无场几何定标参数补偿至其他影像中，并生成精化的有理函数模型。再对待补偿的SAR影像补偿几何定标参数，将得到的无场几何定标参数补偿至SAR影像中，进而构建高精度的距离多普勒定位模型；重新生成高精度的有理函数模型，并生成RPC文件，作为SAR影像分发的基础几何定位模型。
[0123] 在此，还提供一种联合非摄影测量观测条件约束的SAR无控几何定标方法的系统，包括以下模块：
[0124] SAR影像严密几何定位模型构建模块，用于对SAR影像根据元数据文件生成距离多普勒几何定位模型；SAR影像大气延迟以及地球物理效应误差改正模块，用于对SAR影像观测时受大气延迟导致的对流层及电离层延迟改正、地球物理效应造成的固体潮误差改正；联合非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型构建模块，用于对SAR影像中如垂线约束条件、高差约束条件构建几何定标模型；联合非摄影测量观测条件约束的无场几何定标模型求解模块，完成对SAR影像的距离向及方位向系统误差定标参数求解；SAR影像精化RPC 生成模块，用于将无场几何定标参数补偿至影像中重新生成高精度的通用有理函数几何定位模型。
[0125] 下面以国产SAR卫星为例对本发明提出的方法进行说明：
[0126] 选取南京区域内某一建筑物，提取边线上观测点，并根据先验知识获取楼层高度约为3.0m，利用本发明所述的方法自定标，对国产SAR影像构建非摄影观测约束的自定标模型并与基于地面控制的几何定标方法进行对比，本发明联合非摄影测量观测值约束的几何定标的求解方法相对于基于地面控制的求解方法斜距定标值最大差异约为0.4m。本发明方法不需要依赖外部高精度 DEM，对立体几何构型也没有什么特殊约束条件，可以无地面几何定标场支持下实现系统误差补偿，从而提升产品的几何定位精度，在一定程度上弥补了常规几何定标场方法对控制数据过于依赖的缺陷。
[0127] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
