非合作星载SAR图像定位技术研究

Non-cooperative receiving is that the third part receives the downlink data which is transmitted by satellite to cooperative receiving part. Lacking private key authorization and farmat explanation, the imaging geometrical parameters is difficult to be obtained from auxiliary data. Because the imaging geometrical parameters or location of the control point is needed in the conventional location methods of cooperative spaceborne SAR, the conventional methods cannot used in the imagery geo-referencing of Non-cooperative spaceborne SAR. The images without geo-referencing have few value in further application. The new imagery geo-referencing method for Non-cooperative spaceborne SAR is studied in this project. In the condition of stabilized attitude of satellite platform, the dopplor parameters are changed regularly with the orbit location of the satellite and the slant range. This characteristic is used in the imagery geo-referencing. Firstly, based on the characteristic of doppler paremeters changed with distance, overdetermined equation with doppler paremeters and imaging geometrical parameters are builded, and with this equation resovled, range location is obtained. Secondly, based on the characteristic of the doppler parameters changed regularly with the orbit location, utilizing doppler curve fitting estimates satellite attitude and eliminates the coupling effect. And then the doppler curve is matched with the reference curve to get the satellite orbit location, and azimuthal location is determined.

非合作接收是指第三方接收卫星下发给合作方数据的手段。由于缺少密钥授权和格式说明，第三方难以从辅助数据中解译出成像几何参数。而传统合作星载SAR图像定位方法均需利用成像几何参数或控制点，因此不适应于非合作星载SAR参数欠缺情况。在研究星载SAR成像几何过程中，发现在卫星姿态固定条件下，目标多普勒参数具有随方位以及斜距有规律变化的特性。在准确估计多普勒参数基础上，利用该特性可反演出地面目标的距离和方位坐标，从而实现定位。其基本思路是：利用多普勒参数随方位和斜距变化特性，建立多普勒参数与成像几何参数的超定方程组，优化求解后实现距离精定位和方位粗定位。利用多普勒参数随轨道方位位置变化特性，建立基于卫星姿态的多普勒模型，综合运用曲面拟合和小波分解两种方法估计姿态误差并消除其对多普勒参数的影响,得到姿态固定的多普勒估计曲面；再与事先建立的同姿态下多普参考曲面匹配求得卫星轨道位置，实现方位精确定位。

非合作接收是指第三方接收卫星下发给合作方数据的手段。由于缺少密钥授权和格式说明，第三方难以从辅助数据中解译出成像几何参数。而传统合作星载SAR图像定位方法均需利用成像几何参数或控制点，因此不适应于非合作星载SAR参数欠缺情况。在研究星载SAR成像几何过程中，发现在卫星姿态固定条件下，目标多普勒参数具有随方位以及斜距有规律变化的特性。本项目在准确估计多普勒参数基础上，利用该特性反演出地面目标的距离和方位坐标，实现SAR图像二维定位。主要研究内容如下：利用多普勒参数随方位和斜距变化特性，建立多普勒参数与成像几何参数的超定方程组，优化求解后实现距离精定位和方位粗定位。利用多普勒参数随轨道方位位置变化特性，建立基于卫星姿态的多普勒模型，综合运用曲面拟合和小波分解两种方法估计姿态误差并消除其对多普勒参数的影响,得到姿态固定的多普勒估计曲面；再与事先建立的同姿态下多普参考曲面匹配求得卫星轨道位置，实现方位精确定位。重要结果：根据多普勒参数估计精度和曲面拟合对估计精度的提高，定位精度为纬度（方位向）约0.05度，折算地球表面定位精度约5000米，经度约0.002度（距离向），折算地球表面定位精度约200米。由于估计所得的成像几何参数精度低于实际测量数据，因此定位精度相比合作数据尚有一定差距，但是达到了粗定位的目的。