本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)干涉測量（insar）的大地測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正insar?dem平面位置的方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字高程模型（digital?elevation?model,?dem）是測繪與地理信息建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源之一，在基礎(chǔ)工程建設(shè)、災(zāi)害監(jiān)測、農(nóng)林業(yè)等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用。合成孔徑雷達(dá)干涉測量（interferometric?synthetic?aperture?radar，insar）技術(shù)因其全天時(shí)全天候、大范圍、高分辨率的成像特點(diǎn)，已成為dem生產(chǎn)的主要技術(shù)手段。

2、目前，常用的insar技術(shù)生產(chǎn)dem的方法是基于差分干涉技術(shù)（d-insar）的dem估計(jì)，其核心為使用現(xiàn)有的外部dem模擬相位，并與insar干涉相位差分，然后對差分相位進(jìn)行解纏和相高轉(zhuǎn)換后疊加至外部dem上生成新的在sar坐標(biāo)系的dem，然后再依靠外部dem進(jìn)行地理編碼至地理坐標(biāo)系生成dem。但是，將dem由sar坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至地理坐標(biāo)系的地理編碼過程依靠sar影像與外部dem的定位與配準(zhǔn)，通常受到sar影像軌道誤差和dem精度的影響，且易將外部dem的趨勢性平面誤差移加到insar估計(jì)的dem中。

3、另一方面，星載激光雷達(dá)技術(shù)通過向地表發(fā)射激光脈沖并接收回波信號來測量地球表面的高度，能夠在全球范圍內(nèi)密集采集測高點(diǎn)，且具有較高的平面和高程精度，可被廣泛應(yīng)用于insar?dem控制數(shù)據(jù)。

4、綜上所述，現(xiàn)有的insar?dem平面定位方法嚴(yán)重依賴于現(xiàn)有地形產(chǎn)品。因此，有必要設(shè)計(jì)一種不依賴現(xiàn)有外部dem產(chǎn)品，僅基于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的高精度dem平面位置校正的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正insar?dem平面位置的方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，可以在不依賴現(xiàn)有外部dem產(chǎn)品的條件下，實(shí)現(xiàn)高精度dem平面位置校正。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于insar和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)估計(jì)dem的方法，包括以下步驟：

4、步驟1，獲取待研究區(qū)的insar影像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行干涉處理生成insar?dem；

5、步驟2，獲取待研究區(qū)域的星載激光雷達(dá)的多條同軌的地面測高數(shù)據(jù)，每條同軌的地面測高數(shù)據(jù)記為1個(gè)雷達(dá)地面測高條帶；計(jì)算每個(gè)星載激光雷達(dá)地面測高條帶沿軌方向在空間直角坐標(biāo)系的o-xz平面上的高程投影長度，記為星載激光雷達(dá)高程投影長度；

6、步驟3，構(gòu)建星載激光雷達(dá)地面測高條帶與dem高程條帶之間的配準(zhǔn)模型；其中，配準(zhǔn)模型的配準(zhǔn)參數(shù)包括星載激光雷達(dá)地面測高條帶相對于dem在地理坐標(biāo)系下的行、列偏移量；設(shè)置初始配準(zhǔn)參數(shù)；

7、步驟4，根據(jù)當(dāng)前配準(zhǔn)參數(shù)的配準(zhǔn)模型以及星載激光雷達(dá)地面測高條帶的地理位置，獲取對應(yīng)于dem的高程條帶；然后計(jì)算dem高程條帶沿星載激光雷達(dá)地面測高條帶軌道方向在空間直角坐標(biāo)系的o-xz平面上的高程投影長度，記為基于當(dāng)前配準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算得到的dem高程投影長度；

8、步驟5，計(jì)算步驟2所得星載激光雷達(dá)高程投影長度和步驟4所得dem高程投影長度之間的相對誤差，構(gòu)建誤差函數(shù)，通過非線性最小二乘方法迭代解算配準(zhǔn)模型中的配準(zhǔn)參數(shù)；

9、步驟6，根據(jù)步驟5解算得到的配準(zhǔn)參數(shù)，以星載激光雷達(dá)地面測高條帶所有點(diǎn)在地理坐標(biāo)系下的行、列號和dem相對其在行、列方向偏移量為觀測量，利用最小二乘平差方法分別求解dem相對于星載激光雷達(dá)地面測高條帶在行、列方向的偏移多項(xiàng)式，得到dem相對于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的偏移量查找表；

10、步驟7，利用步驟6獲得的偏移量查找表，將步驟1得到的初始dem的坐標(biāo)變換至新的坐標(biāo)位置，得到平面位置校正后的dem。

11、進(jìn)一步地，計(jì)算各星載激光雷達(dá)地面測高條帶沿軌方向在空間直角坐標(biāo)系的o-xz平面上的的高程投影長度，計(jì)算公式為：

12、

13、式中，是星載激光雷達(dá)地面測高條帶包含的測高點(diǎn)個(gè)數(shù)，x是在地理坐標(biāo)系下的行號，是測高點(diǎn)的高程。

14、進(jìn)一步地，步驟3基于星載激光雷達(dá)地面測高條帶與dem高程條帶之間存在平面位置偏差，構(gòu)建以下配準(zhǔn)模型：

15、

16、式中，、是星載激光雷達(dá)地面測高條帶在地理坐標(biāo)系下的初始行列號，是縮放系數(shù)，是旋轉(zhuǎn)角度，、是星載激光雷達(dá)地面測高條帶相對于dem高程條帶在地理坐標(biāo)系下的行、列偏移量，、、、均為待求解的配準(zhǔn)參數(shù)；、是經(jīng)過星載激光雷達(dá)地面測高條帶經(jīng)配準(zhǔn)參數(shù)變換后的行列號。

17、進(jìn)一步地，步驟4計(jì)算dem高程條帶沿星載激光雷達(dá)地面測高條帶軌道方向在空間直角坐標(biāo)系的o-xz平面上的高程投影長度，具體包括：

18、首先，將dem在相鄰地面點(diǎn)之間的地形輪廓線在地理坐標(biāo)系下擬合高程變化曲線，表示為：

19、

20、式中，是dem地面點(diǎn)在地理坐標(biāo)系下的行號，、、是待求的擬合系數(shù)，

21、然后，將高程變化曲線在各地面點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，表示為dem中各地面點(diǎn)沿條帶方向的坡度變化率，進(jìn)而利用地形輪廓線在兩端地面點(diǎn)的坐標(biāo)、高程和坡度變化率作為觀測值，構(gòu)建使用最小二乘平差方法求解擬合系數(shù)的表達(dá)式：

22、

23、式中，是殘余誤差，是兩端地面點(diǎn)的行號矩陣，是擬合系數(shù)矩陣，是觀測值誤差向量，分別表示為：

24、

25、

26、

27、式中，、是地形輪廓線在兩端地面點(diǎn)的行號，、是地形輪廓線在兩端地面點(diǎn)的高程，、是兩端地面點(diǎn)沿dem高程條帶方向的坡度變化率；

28、之后使用最小二乘估計(jì)對擬合系數(shù)矩陣進(jìn)行解算：

29、

30、式中，表示權(quán)重矩陣，其值為對角線元素為1的單位矩陣，表示兩端地面點(diǎn)的地形信息對函數(shù)擬合的權(quán)重相等；

31、再根據(jù)擬合系數(shù)、、求解已知的地形輪廓線，通過積分計(jì)算相鄰地面點(diǎn)之間地形輪廓線在o-xz平面的投影線長度：

32、

33、式中，表示地形輪廓線的路徑，為第 i條地形輪廓線在o-xz平面的投影長度；

34、最終，將dem高程條帶中所有相鄰地面點(diǎn)之間的地形輪廓線投影長度求和，得到dem高程條帶地形輪廓線的投影總長度

35、

36、進(jìn)一步地，步驟5具體包括：

37、首先，構(gòu)建誤差函數(shù)：

38、

39、式中，表示取中的最大值；

40、將步驟2計(jì)算得到的雷達(dá)高程投影長度作為觀測量，將經(jīng)過配準(zhǔn)模型計(jì)算得到的dem高程投影長度表示為非線性函數(shù)為，則誤差函數(shù)變形為：

41、

42、其中，非線性函數(shù)自變量是星載激光雷達(dá)地面測高條帶中某地面點(diǎn) i在地理坐標(biāo)系下的初始行列號；為待求解的配準(zhǔn)參數(shù)，包括縮放系數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度以及行列偏移量、；為初始行列號對應(yīng)得到的高程投影長度誤差；

43、采用非線性最小二乘法，通過最小化誤差平方和來求解誤差函數(shù)中的配準(zhǔn)參數(shù)，得到配準(zhǔn)參數(shù)最優(yōu)解：

44、

45、式中，是星載激光雷達(dá)地面測高條帶包含的測高點(diǎn)個(gè)數(shù)。

46、步驟6的具體過程包括：

47、步驟6.1，對待研究區(qū)域內(nèi)所有星載激光雷達(dá)的每條地面測高條帶，均運(yùn)行步驟2至步驟5，獲得不同條帶的配準(zhǔn)參數(shù)向量；

48、步驟6.2，構(gòu)建多項(xiàng)式擬合偏移量對整景dem的平面位置進(jìn)行校正，其表達(dá)式為：

49、

50、式中，和為多項(xiàng)式擬合系數(shù)，；和為dem在地理坐標(biāo)系下的行列號，和為各條地面測高條帶中dem相對于星載激光雷達(dá)測高點(diǎn)的偏移量；

51、步驟6.3，通過星載激光雷達(dá)地面測高條帶在地理坐標(biāo)系下的行列號，以及步驟6.1獲得的配準(zhǔn)參數(shù)向量中的行、列偏移量,，解算式（11）中的多項(xiàng)式擬合系數(shù)，已知擬合系數(shù)的表達(dá)式（11）即為dem相對于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的偏移量查找表。

52、一種基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正insar?dem平面位置的反演裝置，包括：

53、預(yù)處理模塊，用于：對獲取的待研究區(qū)域的insar數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉處理，得到影像的初始dem；還用于：對獲取的待研究區(qū)域的每個(gè)星載激光雷達(dá)的地面測高條帶，計(jì)算沿軌方向在空間直角坐標(biāo)系的o-xz平面上的高程投影長度，記為星載激光雷達(dá)高程投影長度；

54、配準(zhǔn)模塊，用于：通過構(gòu)建配準(zhǔn)模型，以對待研究區(qū)域的dem和星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，依照地形輪廓一致性原則進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得dem相對于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的在地理坐標(biāo)系下的平面偏移量；

55、其中，所述配準(zhǔn)模型的配準(zhǔn)參數(shù)解算方法為：根據(jù)星載激光雷達(dá)地面測高條帶的地理位置獲取對應(yīng)于dem的高程條帶，然后計(jì)算dem高程條帶沿星載激光雷達(dá)地面測高條帶軌道方向在空間直角坐標(biāo)系的o-xz平面上的高程投影長度，再根據(jù)與之間的相對誤差并通過非線性最小二乘方法迭代解算配準(zhǔn)模型中的配準(zhǔn)參數(shù)；

56、查找表構(gòu)建模塊，用于：以星載激光雷達(dá)地面測高條帶所有點(diǎn)在地理坐標(biāo)系下的行列號和dem相對其在行列方向偏移量為觀測量，利用最小二乘平差方法分別求解dem相對于星載激光雷達(dá)地面測高條帶在行、列方向的偏移多項(xiàng)式，得到dem相對于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的偏移量查找表；

57、dem校正模塊，用于：利用查找表構(gòu)建模塊得到的偏移量查找表，將預(yù)處理模塊中獲得的初始dem坐標(biāo)變換至新的坐標(biāo)位置，得到平面位置校正后的dem。

58、一種電子設(shè)備，包括存儲器及處理器，所述存儲器中存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述處理器可以實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)所述的基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正insar?dem平面位置的方法。

59、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)所述的基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正insar?dem平面位置的方法。

60、有益效果

61、本發(fā)明基于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正insar?dem平面位置的方法，實(shí)現(xiàn)了僅基于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正dem平面位置：首先利用常用常規(guī)的數(shù)據(jù)處理方法對insar數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到初始dem；之后使用星載激光雷達(dá)地形測高數(shù)據(jù)以條帶為單位計(jì)算其高程地形輪廓線投影長度；然后設(shè)置初始配準(zhǔn)參數(shù)，根據(jù)配準(zhǔn)公式移動星載激光雷達(dá)地形測高數(shù)據(jù)獲取對應(yīng)dem條帶并擬合dem條帶相鄰點(diǎn)集的地形輪廓，依照高程和坡度變化率求解擬合函數(shù)系數(shù)，并積分解算dem條帶地形輪廓投影長度；之后計(jì)算星載激光雷達(dá)地形測高數(shù)據(jù)與對應(yīng)dem條帶地形輪廓投影長度相對誤差程度，并作為誤差函數(shù)輔助迭代求解配準(zhǔn)參數(shù)向量；然后根據(jù)待研究區(qū)域若干星載激光雷達(dá)地形測高條帶的配準(zhǔn)參數(shù)，擬合dem相對于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的偏移量多項(xiàng)式，構(gòu)建偏移量查找表；最后，通過偏移量查找表對dem進(jìn)行幾何變換，將其坐標(biāo)變換到地理坐標(biāo)系下新的地理位置，估計(jì)出最終的dem結(jié)果，完成dem平面位置校正。

62、本方法的有益效果為：構(gòu)建了僅基于星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)校正dem平面位置的方法體系，克服了現(xiàn)有的insar?dem地理編碼嚴(yán)重依賴于現(xiàn)有地形產(chǎn)品的難題；提出了一種基于地形輪廓相對誤差的星載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)與dem配準(zhǔn)的方法，實(shí)現(xiàn)了dem平面誤差的校正。在精度上，本發(fā)明在不依賴現(xiàn)有地形產(chǎn)品的前提下，達(dá)到了與現(xiàn)有方法相當(dāng)?shù)木人胶瓦\(yùn)行效率，是一種自主可控、高效率、高精度dem平面位置校正的有效方法。