CN108090956B - 一种几何校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种几何校正方法及系统，涉及对地观测领域。其中方法包括高程值计算方法，包括：获取地面图像的中心点的第一大地经纬度，根据第一大地经纬度确定中心点在DEM图像中对应的中心像素点；确定迭代次数，根据迭代次数确定以中心像素点为中心的目标区域的范围，计算目标区域内包含的全部像素点的平均高程值；根据平均高程值得到中心像素点的第二大地经纬度；当第二大地经纬度满足预设条件时，将平均高程值作为中心点的高程值。本发明提供的一种几何校正方法及系统，能够提高得到的目标点的高程值的精确度。

Description

一种几何校正方法及系统

技术领域

本发明涉及对地观测领域，尤其涉及一种几何校正方法及系统。

背景技术

目前，对于地球图像的获取，主要是通过小侧视角成像微波高度计，然而由于其是小侧视角成像模式，具有斜距投影的SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)影像特征，其地物存在较大的几何失真，需要进行高精度的几何定位。

目前，对于SAR影像数据的几何校正方法都是基于构象模型等的几何校正方法，对于小侧视角成像的微波高度计所获取的地球图像的定位精度不高，同时，上述方法在工程应用中，难以获得高精度的目标点高程值，导致高程误差对定位精度的影响较大，也就无法建立客观准确的地球椭球模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种几何校正方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种几何校正方法，所述几何校正方法用于计算更精确的高程值，该方法包括：

步骤1，获取地面图像的中心点的第一大地经纬度，根据所述第一大地经纬度确定所述中心点在DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)图像中对应的中心像素点；

步骤2，确定迭代次数，根据所述迭代次数确定以所述中心像素点为中心的目标区域的范围，计算所述目标区域内包含的全部像素点的平均高程值；

步骤3，根据所述平均高程值得到所述中心像素点的第二大地经纬度；

步骤4，当所述第二大地经纬度满足预设条件时，将所述平均高程值作为所述中心点的高程值。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种几何校正方法，通过在DEM图像中确定合理的目标区域的范围，根据目标区域范围内全部像素点的高程值计算目标点的高程值，并与预设的条件进行判断，当满足预设条件时，才输出目标点的高程值，能够提高得到的目标点的高程值的精确度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述步骤4还包括：

当所述第二大地经纬度不满足预设条件时，重复执行所述步骤2至所述步骤4。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过DEM图像进行多次迭代计算，能够使得到的高程值更加接近真实的高程值，能够得到高精度的目标点高程值，从而能够减少高程误差对定位精度的影响。

进一步地，所述步骤3具体包括：

步骤3.1，根据距离-多普勒定位算法和所述平均高程值计算得到所述中心像素点的空间直角坐标；

步骤3.2，将所述空间直角坐标转换为所述中心像素点的第二大地经纬度。

进一步地，所述步骤1具体包括：

步骤1.1，获取卫星平台采集的平台轨道参数，以及微波高度计记录的回波时延信息和返回信号多普勒信息；

步骤1.2，根据所述平台轨道参数、所述回波时延信息和所述返回信号多普勒信息计算地面图像的中心点的第一大地经纬度；

步骤1.3，根据所述第一大地经纬度确定所述中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

进一步地，根据以下公式确定所述目标区域的范围：

其中，M为目标区域的范围，m为初始范围，i为迭代次数。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过上述公式确定的目标区域的范围，具有计算简便、范围值变化梯度合理、便于后续计算的优点。

进一步地，根据以下公式判断所述第二大地经纬度是否满足预设条件：

[(lat_i-lat_i-1)+(lon_i-lon_i-1)]＜δ；

其中，i为迭代次数，第i次迭代的第二大地经纬度为(lat_i，lon_i)，δ为预设阈值。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过上述公式判断第二大地经纬度是否满足预设条件，当得到的第二大地经纬度与上一次计算得到的第二大地经纬度的坐标改正数值小于给定的预设阈值时，此时的目标点的高程值与真实的高程值十分接近，具有很高的精度。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种几何校正方法，所述几何校正方法用于计算更精确的地球椭球模型，该方法包括：

步骤1，获取地面图像的中心点的第二大地经纬度和高程值；

步骤2，建立标准地球椭球模型，根据所述第二大地经纬度确定所述中心点在所述标准地球椭球模型中的位置；

步骤3，根据所述高程值将所述标准地球椭球模型等扁率向外扩展；

步骤4，根据扩展后的所述中心点的位置建立所述地球椭球模型。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种几何校正方法，根据上一技术方案中获取的中心点的第二大地经纬度和高程值，对建立的标准地球椭球模型进行修正，使得到的修正后的地球椭球模型更加准确、客观、真实，能够有效地减少因目标点到地面上的投影偏离实际位置而产生的定位误差。

进一步地，所述步骤8具体包括：

步骤4.1，根据所述第二大地经纬度得到所述中心点的中心经纬度；

步骤4.2，根据所述中心经纬度得到所述中心点的第一中心直角坐标；

步骤4.3，根据所述第一中心直角坐标和所述高程值得到扩展后的所述中心点的第二中心直角坐标；

步骤4.4，根据所述第二中心直角坐标建立所述地球椭球模型。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种几何校正系统，包括：高程值计算单元，所述高程值计算单元包括：

第一计算子单元，用于获取地面图像的中心点的第一大地经纬度，根据所述第一大地经纬度确定所述中心点在DEM图像中对应的中心像素点；

第二计算子单元，用于确定迭代次数，根据所述迭代次数确定以所述中心像素点为中心的目标区域的范围，计算所述目标区域内包含的全部像素点的平均高程值；

第三计算子单元，用于根据所述平均高程值得到所述中心像素点的第二大地经纬度；

判断子单元，用于当所述第二大地经纬度满足预设条件时，将所述平均高程值作为所述中心点的高程值。

优选地，进一步地，所述判断子单元还用于：当所述第二大地经纬度不满足预设条件时，重复调用所述第二计算子单元和第三计算子单元计算新的第二大地经纬度，直到新的第二大地经纬度满足预设条件。

进一步地，所述第三计算子单元具体用于：根据距离-多普勒定位算法和所述平均高程值计算得到所述中心像素点的空间直角坐标；将所述空间直角坐标转换为所述中心像素点的第二大地经纬度。

进一步地，所述第一计算子单元具体用于：获取卫星平台采集的平台轨道参数，以及微波高度计记录的回波时延信息和返回信号多普勒信息；根据所述平台轨道参数、所述回波时延信息和所述返回信号多普勒信息计算地面图像的中心点的第一大地经纬度；根据所述第一大地经纬度确定所述中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

进一步地，所述第二计算子单元具体根据以下公式确定所述目标区域的范围：

其中，M为目标区域的范围，m为初始范围，i为迭代次数。

进一步地，所述判断子单元具体根据以下公式判断所述第二大地经纬度是否满足预设条件：

[(lat_i-lat_i-1)+(lon_i-lon_i-1)]＜δ；

其中，i为迭代次数，第i次迭代的第二大地经纬度为(lat_i，lon_i)，δ为预设阈值。

进一步地，还包括：地球椭球模型建立单元，所述地球椭球模型建立单元包括：

获取子单元，用于获取地面图像的中心点的第二大地经纬度和高程值；

第一建模子单元，用于建立标准地球椭球模型，根据所述第二大地经纬度确定所述中心点在所述标准地球椭球模型中的位置；

扩展子单元，用于根据所述高程值将所述标准地球椭球模型等扁率向外扩展；

第二建模子单元，用于根据扩展后的所述中心点的位置建立所述地球椭球模型。

进一步地，所述第二建模子单元具体用于：根据所述第二大地经纬度得到所述中心点的中心经纬度；根据所述中心经纬度得到所述中心点的第一中心直角坐标；根据所述第一中心直角坐标和所述高程值得到扩展后的所述中心点的第二中心直角坐标；根据所述第二中心直角坐标建立所述地球椭球模型。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种几何校正系统，通过在DEM图像中确定合理的目标区域的范围，根据目标区域范围内全部像素点的高程值计算目标点的高程值，并与预设的条件进行判断，当满足预设条件时，才输出目标点的高程值，能够提高得到的目标点的高程值的精确度。

并根据中心点的第二大地经纬度和高程值，对建立的标准地球椭球模型进行修正，使得到的修正后的地球椭球模型更加准确、客观、真实，能够有效地减少因目标点到地面上的投影偏离实际位置而产生的定位误差。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种几何校正方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种几何校正方法的流程示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种几何校正方法的流程示意图；

图4为本发明另一实施例提供的一种几何校正方法的流程示意图；

图5为本发明另一实施例提供的一种几何校正系统的结构框架图；

图6为本发明另一实施例提供的一种几何校正方法的SAR几何成像关系的坐标示意图；

图7为本发明另一实施例提供的一种几何校正方法的目标点高程值变化的示意图；

图8为本发明另一实施例提供的一种地球椭球模型扩展变化的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种几何校正方法的流程示意图，该方法用于计算更精确的高程值，该方法包括：

S1，获取地面图像的中心点的第一大地经纬度，根据第一大地经纬度确定中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

需要说明的是，地面图像可以是通过小侧视角成像微波高度计得到的地面图像，在得到地面图像后，首先确定地面图像的中心像素点，作为该地面图像的中心点，然后再计算出中心点的初始经纬度，得到第一大地经纬度，再根据得到的第一大地经纬度确定该中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

S2，确定迭代次数，根据迭代次数确定以中心像素点为中心的目标区域的范围，计算目标区域内包含的全部像素点的平均高程值。

需要说明的是，迭代次数指的是步骤S2的已循环次数，例如，当几何校正系统执行本实施例提供的高程值计算方法时，如果是第1次执行，那么步骤S2和S3的已循环次数为0，那么迭代次数就可以取0，再将迭代次数的取值代入预设的计算公式，就可以计算得到以中心像素点为中心的目标区域的范围，再计算目标区域内包含的全部像素点的高程值，再根据全部像素点的高程值计算得到平均高程值。

又例如，如果是第2次执行，也就是说在通过步骤S4判断得到的第二大地经纬度不满足预设条件，那么就会再重新执行步骤S2至S4，计算第二大地经纬度并判断其是否满足预设条件，也就是说，当再次执行步骤S2时，步骤S2在之前已经执行过1次，那么步骤S2的已循环次数为1，那么迭代次数就可以取1。

又例如，如果步骤S2在之前已经执行过n次，那么步骤S2的已循环次数为n，那么迭代次数就可以取n，也就是说，迭代次数从0开始取值，依次取值0、1、2、3、4、5、6、……、n。

S3，根据平均高程值得到中心像素点的第二大地经纬度。

需要说明的是，第二大地经纬度指的是地面点物方空间坐标值，例如，可以为(lat_i，lon_i)的形式，其中，i为迭代次数，可以通过平均高程值计算得到中心像素点的空间直角坐标，再将空间直角坐标进行转换得到。

下面给出通过平均高程值计算中心像素点的空间直角坐标的优选实施方式：

优选地，可以通过距离-多普勒定位算法计算得到中心像素点的空间直角坐标。

S4，当第二大地经纬度满足预设条件时，将平均高程值作为中心点的高程值。

需要说明的是，预设条件可以根据实际需求设置，预设条件是为了对第二大地经纬度的数值进行判断和选取，以使根据第二大地经纬度确定出合适的目标区域范围的像素值大小，而合适的目标区域范围的像素值，可以使计算得到的该目标区域的全部像素点的平均高程值与真实情况最接近。

当第二大地经纬度为(lat_i，lon_i)坐标形式时，其中，i为迭代次数，下面给出几种优选的预设条件实施方式：

优选地，可以将预设条件设置为：本次计算得到的第二大地经纬度(lat_i，lon_i)与上一次计算得到的第二大地经纬度(lat_i-1，lon_i-1)相比，lat_i与lat_i-1的差值的绝对值是否小于预设的第一阈值，lon_i与lon_i-1的差值的绝对值是否小于预设的第二阈值，只有当lat_i与lat_i-1的差值的绝对值小于预设的第一阈值，且lon_i与lon_i-1的差值的绝对值小于预设的第二阈值时，可以将得到的平均高程值作为中心点的高程值。

优选地，还可以将预设条件设置为：本次计算得到的第二大地经纬度(lat_i，lon_i)与上一次计算得到的第二大地经纬度(lat_i-1，lon_i-1)相比，lat_i与lat_i-1的差值的绝对值，和lon_i与lon_i-1的差值的绝对值做差，判断得到的总差值是否在预设范围内，当在预设范围内时，可以将得到的平均高程值作为中心点的高程值。

优选地，还可以将预设条件设置为：本次计算得到的第二大地经纬度(lat_i，lon_i)与上一次计算得到的第二大地经纬度(lat_i-1，lon_i-1)相比，lat_i与lat_i-1的比值的绝对值是否小于预设的第一阈值，lon_i与lon_i-1的比值的绝对值是否小于预设的第二阈值，只有当lat_i与lat_i-1的比值的绝对值小于预设的第一阈值，且lon_i与lon_i-1的比值的绝对值小于预设的第二阈值时，可以将得到的平均高程值作为中心点的高程值。

优选地，还可以将预设条件设置为：本次计算得到的第二大地经纬度(lat_i，lon_i)与上一次计算得到的第二大地经纬度(lat_i-1，lon_i-1)相比，lat_i与lat_i-1的比值的绝对值，和lon_i与lon_i-1的比值的绝对值做差，判断得到的总差值是否在预设范围内，当在预设范围内时，可以将得到的平均高程值作为中心点的高程值。

优选地，还可以将预设条件设置为：本次计算得到的第二大地经纬度(lat_i，lon_i)与上一次计算得到的第二大地经纬度(lat_i-1，lon_i-1)相比，lat_i与lat_i-1的差值的绝对值，和lon_i与lon_i-1的差值的绝对值做比，判断得到的总比值是否在预设范围内，当在预设范围内时，可以将得到的平均高程值作为中心点的高程值。

本实施例提供的一种几何校正方法，通过在DEM图像中确定合理的目标区域的范围，根据目标区域范围内全部像素点的高程值计算目标点的高程值，并与预设的条件进行判断，当满足预设条件时，才输出目标点的高程值，能够提高得到的目标点的高程值的精确度。

如图2所示，为本发明另一实施例提供的一种几何校正方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，对本实施例提供的高程值计算方法进行进一步说明，该方法包括：

S1，获取地面图像的中心点的第一大地经纬度，根据第一大地经纬度确定中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

优选地，步骤S1具体可以包括以下步骤：

S11，获取卫星平台采集的平台轨道参数，以及微波高度计记录的回波时延信息和返回信号多普勒信息。

S12，根据平台轨道参数、回波时延信息和返回信号多普勒信息计算地面图像的中心点的第一大地经纬度。

S13，根据第一大地经纬度确定中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

S2，确定迭代次数，根据迭代次数确定以中心像素点为中心的目标区域的范围，计算目标区域内包含的全部像素点的平均高程值。

优选地，可以根据以下公式确定目标区域的范围：

其中，M为目标区域的范围，m为初始范围，i为迭代次数。

需要说明的是，初始范围m可以根据实际需求设置，例如，初始范围m可以为100。

通过上述公式确定的目标区域的范围，具有计算简便、像素值变化梯度合理、便于后续计算的优点。

S3，根据平均高程值得到中心像素点的第二大地经纬度。

优选地，步骤S3具体可以包括以下步骤：

S31，根据距离-多普勒定位算法和平均高程值计算得到中心像素点的空间直角坐标。

下面对步骤S31中，根据距离-多普勒定位算法和平均高程值计算得到中心像素点的空间直角坐标的方法进行详细说明。

距离-多普勒定位算法基于SAR的严格几何成像关系，如图6所示，在地心惯性坐标系下，平台位于S点，地面目标为T点，平台与地面目标之间有相对运动，因此，目标回波信号存在多普勒频移。

雷达照射区分布着等时延的同心圆束和等多普勒频移的双曲线束。利用等距离线、等多普勒线在地球表面上的交点即可确定影像像素的地理位置。

具体地，该定位算法由公式(1)、(2)、(3)三个方程组成：

1.斜距方程

目标点与平台的斜距R_p为：

R_p＝|C_s-C_p| (1)

公式(1)中，R_p为平台和目标点距离矢量，可以为通过卫星平台测试得到的测试数据，C_s是平台天线中心的空间直角坐标，可以为通过卫星平台测试得到的测试数据，C_s＝[x_s,y_s,z_s]^T。C_p是需要求解的目标点的空间直角坐标，C_p＝[x_p,y_p,z_p]^T。

2.多普勒条件方程

根据SAR多普勒频移原则，星载SAR接收到的目标点回波的多普勒频移f_dc为：

公式(2)中，f_dc代表多普勒中心频率，可以为预先输入的载荷测试数据，λ为雷达波长，可以为预先输入的载荷测试数据，V_s为平台速度矢量，可以为通过卫星平台测试得到的测试数据，V_s＝[v_xs,v_ys,v_zs]^T，V_p是地面目标速度矢量，例如，计算时可以以地面为参数点，那么地面速度矢量就可以为0，V_p＝[v_xp,v_yp,v_zp]^T。

3.地球椭球模型

公式(3)中，R_e、α为已知的地球椭球模型的长半轴和扁率，h为目标点高程值，例如，可以为步骤S2计算得到的平均高程值。

联立公式(1)、(2)、(3)求解，就可以计算得到需要求解的目标点的空间直角坐标C_p。

S32，将空间直角坐标转换为中心像素点的第二大地经纬度。

S4，当第二大地经纬度满足预设条件时，将平均高程值作为中心点的高程值。

优选地，步骤S4还可以包括：

当第二大地经纬度不满足预设条件时，重复执行S2至S4。

也就是说，步骤S4可以细化为以下步骤：

S41，判断第二大地经纬度是否满足预设条件，当满足预设条件时，执行步骤S42，当不满足预设条件时，重复执行S2至S41。

S42，将平均高程值作为中心点的高程值。

优选地，根据以下公式判断第二大地经纬度是否满足预设条件：

[(lat_i-lat_i-1)+(lon_i-lon_i-1)]＜δ；

其中，i为迭代次数，第i次迭代的第二大地经纬度为(lat_i，lon_i)，δ为预设阈值。

需要说明的是，预设阈值δ可以根据实际需求设置，例如，预设阈值δ可以为10。

通过上述公式判断第二大地经纬度是否满足预设条件，当得到的第二大地经纬度与上一次计算得到的第二大地经纬度的坐标改正数值小于给定的预设阈值时，此时的目标点的高程值与真实的高程值十分接近，具有很高的精度。

在通用SAR定位算法中，只是用目标点附近的平均高程值代替目标点的高程值，当侧视角较大时，这个误差对定位影响较小，但对于小侧视角微波高度计来说，对定位误差就很大了，因此，如果继续用平均高程值代替目标点的高程值，会导致误差较大。所以本实施例提供的高程值计算方法，是通过多次迭代获得更接近真实值的目标点的经纬度，再通过SRTM–DEM数据，获取更接近真实目标点的高程，以这个高程作为判断依据，获得更接近真实值的目标点的第二大地经纬度，再根据预设条件对第二大地经纬度进行判断，并循环计算，能够使得到的高程值更加接近真实的高程值，能够得到高精度的目标点高程值，从而能够减少高程误差对定位精度的影响。

本实施例提供的一种几何校正方法，通过从卫星平台和微波高度计获取的数据，计算得到地面图像中中心点的经纬度，并通过在DEM图像中，确定中心点的位置，并根据迭代次数的不同取值确定合理的目标区域的范围，再根据目标区域范围内全部像素点的高程值计算目标点的高程值，并与预设的条件进行判断，当满足预设条件时，才输出目标点的高程值，通过迭代的计算，能够提高得到的目标点的高程值的精确度。

如图3所示，为本发明另一实施例提供的一种几何校正方法的流程示意图，该方法用于计算更精确的地球椭球模型，在上述实施例的基础上，对本实施例提供的地球椭球模型计算方法进行进一步说明，该方法包括：

S5，获取地面图像的中心点的第二大地经纬度和高程值。

需要说明的是，中心点的第二大地经纬度和高程值可以为本发明上述各实施例中提供的中心点的第二大地经纬度和高程值，例如，可以通过以下步骤得到：

获取地面图像的中心点的第二大地经纬度，根据第二大地经纬度确定中心点在DEM图像中对应的中心像素点；

确定迭代次数，根据中心像素点和迭代次数确定以中心像素点为中心的目标区域的范围，计算目标区域内包含的全部像素点的平均高程值；

根据平均高程值得到中心像素点的第二大地经纬度；

当第二大地经纬度满足预设条件时，将平均高程值作为中心点的高程值。

S6，建立标准地球椭球模型，根据第二大地经纬度确定中心点在标准地球椭球模型中的位置。

需要说明的是，中心点在标准地球椭球模型中的位置指的是中心点在标准地球椭球模型中的坐标。

S7，根据高程值将标准地球椭球模型等扁率向外扩展。

需要说明的是，在建立标准地球椭球模型后，以标准地球椭球模型为基准，等扁率向外拓展，当中心点向外扩展的距离为高程值时，就得到了修正的地球椭球模型。

S8，根据扩展后的中心点的位置建立地球椭球模型。

需要说明的是，由于修正的地球椭球模型的扁率不变，通过推导出中心点的高程值与地球椭球模型的长半轴几何关系，就可建立新的地球椭球方程。

需要说明的是，在现有的方法中，计算得到的地球椭球模型是在标准地球椭球体的长半轴M和短半轴N的参数基础上等高程扩大，高程值为目标点A的真实高程值h，如图7所示，为目标点高程值变化的示意图，由于地球体的椭球扁平特征，目标点A处向外扩大幅度不等于真实的高程值，即h′≠h，导致目标点A到地面上的投影会偏离实际位置而产生定位误差。而本实施例提供的方法，通过上述步骤得到的修正的地球椭球模型，可以减少这种误差，能够提高地球椭球模型的精确度。

本实施例提供的一种几何校正方法，根据上一技术方案中获取的中心点的第二大地经纬度和高程值，对建立的标准地球椭球模型进行修正，使得到的修正后的地球椭球模型更加准确、客观、真实，能够有效地减少因目标点到地面上的投影偏离实际位置而产生的定位误差。

如图4所示，为本发明另一实施例提供的一种几何校正方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，对本实施例提供的地球椭球模型计算方法进行进一步说明，该方法包括：

S5，获取地面图像的中心点的第二大地经纬度和高程值。

S6，建立标准地球椭球模型，根据第二大地经纬度确定中心点在标准地球椭球模型中的位置。

S7，根据高程值将标准地球椭球模型等扁率向外扩展。

S8，根据扩展后的中心点的位置建立地球椭球模型。

优选地，步骤S8可以具体包括以下步骤：

S81，根据第二大地经纬度得到中心点的中心经纬度。

S82，根据中心经纬度得到中心点的第一中心直角坐标。

S83，根据第一中心直角坐标和高程值得到扩展后的中心点的第二中心直角坐标。

S84，根据第二中心直角坐标建立地球椭球模型。

下面以目标点A为例，对步骤S81至S84提供的地球椭球模型计算方法进行详细说明。

如图8所示，为以标准地球椭球模型为基准，等扁率向外拓展，地球椭球模型扩展变化的示意图，其中，目标点A和扩展后的目标点A′的大地纬度均为为

故需要求解的目标点A的中心经纬度为

由于大地纬度

和中心纬度

存在如公式(4)所示的关系，就可以解得目标点A的中心经纬度

其中，e为地球扁率。

假设需要求解的目标点A的中心直角坐标(x_a,y_a,z_a)满足如下关系式：

其中，R_e为地球长轴半径，那么联立公式(5)(6)(7)就可以计算出目标点A的中心直角坐标(x_a,y_a,z_a)。

已知目标点A的中心直角坐标为(x_a,y_a,z_a)，目标点A′的高程值为h，需要说明的是，高程值可以通过上述各实施例提供的高程值计算方法求解得到，那么根据下面公式，可以计算出目标点A′的中心直角坐标(x_a′,y_a′,z_a′)：

假设目标点A′所在的椭球长半轴为R_e′，扁率为e，短半轴为(1-e)R_e′，则可以得到椭球方程为：

可以得到地球椭球模型的长半轴为：

于是就可以得到地球椭球模型的修正模型为：

本实施例提供的一种几何校正方法，根据上一技术方案中获取的中心点的第二大地经纬度和高程值，对建立的标准地球椭球模型进行修正，使得到的修正后的地球椭球模型更加准确、客观、真实，能够有效地减少因目标点到地面上的投影偏离实际位置而产生的定位误差，减少了因随纬度和目标高程变化而导致的定位误差。

如图5所示，为本发明另一实施例提供的一种几何校正系统的结构框架图，该系统包括：

高程值计算单元1，高程值计算单元1包括：

第一计算子单元11，用于获取地面图像的中心点的第一大地经纬度，根据第一大地经纬度确定中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

第二计算子单元12，用于确定迭代次数，根据迭代次数确定以中心像素点为中心的目标区域的范围，计算目标区域内包含的全部像素点的平均高程值。

第三计算子单元13，用于根据平均高程值得到中心像素点的第二大地经纬度。

判断子单元14，用于当第二大地经纬度满足预设条件时，将平均高程值作为中心点的高程值。

优选地，判断子单元14还用于：当第二大地经纬度不满足预设条件时，重复调用第二计算子单元12和第三计算子单元13计算新的第二大地经纬度，直到新的第二大地经纬度满足预设条件。

优选地，第三计算子单元13具体用于：根据距离-多普勒定位算法和平均高程值计算得到中心像素点的空间直角坐标。将空间直角坐标转换为中心像素点的第二大地经纬度。

优选地，第一计算子单元11具体用于：获取卫星平台采集的平台轨道参数，以及微波高度计记录的回波时延信息和返回信号多普勒信息。根据平台轨道参数、回波时延信息和返回信号多普勒信息计算地面图像的中心点的第一大地经纬度。根据第一大地经纬度确定中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

优选地，第二计算子单元12具体根据以下公式确定目标区域的范围：

其中，M为目标区域的范围，m为初始范围，i为迭代次数。

优选地，判断子单元14具体根据以下公式判断第二大地经纬度是否满足预设条件：

[(lat_i-lat_i-1)+(lon_i-lon_i-1)]＜δ。

其中，i为迭代次数，第i次迭代的第二大地经纬度为(lat_i，lon_i)，δ为预设阈值。

优选地，还包括：地球椭球模型建立单元2，地球椭球模型建立单元2包括：

获取子单元21，用于获取地面图像的中心点的第二大地经纬度和高程值。

第一建模子单元22，用于建立标准地球椭球模型，根据第二大地经纬度确定中心点在标准地球椭球模型中的位置。

扩展子单元23，用于根据高程值将标准地球椭球模型等扁率向外扩展。

第二建模子单元24，用于根据扩展后的中心点的位置建立地球椭球模型。

优选地，第二建模子单元24具体用于：根据第二大地经纬度得到扩展后中心点的中心经纬度。根据中心经纬度得到扩展后中心点的第二中心直角坐标。根据第二中心直角坐标和高程值得到中心点的第一中心直角坐标。根据第一中心直角坐标建立地球椭球模型。

本实施例提供的一种几何校正系统，通过DEM图像确定合理的目标区域的范围，根据目标区域范围内全部像素点的高程值计算目标点的高程值，并与预设的条件进行判断，当满足预设条件时，才输出目标点的高程值，能够提高得到的目标点的高程值的精确度。

并根据中心点的第二大地经纬度和高程值，对建立的标准地球椭球模型进行修正，使得到的修正后的地球椭球模型更加准确、客观、真实，能够有效地减少因目标点到地面上的投影偏离实际位置而产生的定位误差。

在另一实施例中，以天宫二号三维成像微波高度计内蒙古定标场角反射器数据为例，对本发明进行进一步说明。

如表1所示，为通过本发明提供的几何校正方法及系统计算高程值并修正地球椭球模型后，计算得到的角反射器的位置，分别列出了计算位置(△lat，△lon)相对于实际位置(lat，lon)在经纬度方向上的偏移量。

从表中可以看出，采用本发明提供的几何校正方法及系统对高程值和地球椭球模型进行校正后，影响定位的经纬度值的偏移量均有所减少，在纬度和经度方向平均减少约为(0.0002°，0.0003°)，定位精度提高约0.3个像元，从而验证了本发明提出的几何校正方法及系统的有效性。

表1

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种几何校正方法，其特征在于，包括：

步骤1，获取地面图像的中心点的第一大地经纬度，根据所述第一大地经纬度确定所述中心点在DEM图像中对应的中心像素点；

步骤2，确定迭代次数，根据所述迭代次数确定以所述中心像素点为中心的目标区域的范围，计算所述目标区域内包含的全部像素点的平均高程值；

步骤3，根据所述平均高程值得到所述中心像素点的第二大地经纬度；

步骤4，当所述第二大地经纬度满足预设条件时，将所述平均高程值作为所述中心点的高程值；

根据以下公式判断所述第二大地经纬度是否满足预设条件：

[(lat_i-lat_i-1)+(lon_i-lon_i-1)]＜δ；

其中，i为迭代次数，第i次迭代的第二大地经纬度为(lat_i，lon_i)，δ为预设阈值。

2.根据权利要求1所述的几何校正方法，其特征在于，所述步骤4还包括：

当所述第二大地经纬度不满足预设条件时，重复执行所述步骤2至所述步骤4。

3.根据权利要求1所述的几何校正方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

步骤3.1，根据距离-多普勒定位算法和所述平均高程值计算得到所述中心像素点的空间直角坐标；

步骤3.2，将所述空间直角坐标转换为所述中心像素点的第二大地经纬度。

4.根据权利要求1所述的几何校正方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

步骤1.1，获取卫星平台采集的平台轨道参数，以及微波高度计记录的回波时延信息和返回信号多普勒信息；

步骤1.2，根据所述平台轨道参数、所述回波时延信息和所述返回信号多普勒信息计算地面图像的中心点的第一大地经纬度；

步骤1.3，根据所述第一大地经纬度确定所述中心点在DEM图像中对应的中心像素点。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的几何校正方法，其特征在于，根据以下公式确定所述目标区域的范围：

其中，M为目标区域的范围，m为初始范围，i为迭代次数。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的几何校正方法，其特征在于，还包括：

步骤5，获取所述地面图像的中心点的第二大地经纬度和高程值；

步骤6，建立标准地球椭球模型，根据所述第二大地经纬度确定所述中心点在所述标准地球椭球模型中的位置；

步骤7，根据所述高程值将所述标准地球椭球模型等扁率向外扩展；

步骤8，根据扩展后的所述中心点的位置建立所述地球椭球模型。

7.根据权利要求6所述的几何校正方法，其特征在于，所述步骤8具体包括：

步骤8.1，根据所述第二大地经纬度得到所述中心点的中心经纬度；

步骤8.2，根据所述中心经纬度得到所述中心点的第一中心直角坐标；

步骤8.3，根据所述第一中心直角坐标和所述高程值得到扩展后的所述中心点的第二中心直角坐标；

步骤8.4，根据所述第二中心直角坐标建立所述地球椭球模型。

8.一种几何校正系统，其特征在于，包括：高程值计算单元，所述高程值计算单元包括：

第一计算子单元，用于获取地面图像的中心点的第一大地经纬度，根据所述第一大地经纬度确定所述中心点在DEM图像中对应的中心像素点；

第二计算子单元，用于确定迭代次数，根据所述迭代次数确定以所述中心像素点为中心的目标区域的范围，计算所述目标区域内包含的全部像素点的平均高程值；

第三计算子单元，用于根据所述平均高程值得到所述中心像素点的第二大地经纬度；

判断子单元，用于当所述第二大地经纬度满足预设条件时，将所述平均高程值作为所述中心点的高程值；

其中，判断子单元具体用于根据以下公式判断所述第二大地经纬度是否满足预设条件：

[(lat_i-lat_i-1)+(lon_i-lon_i-1)]＜δ；

其中，i为迭代次数，第i次迭代的第二大地经纬度为(lat_i，lon_i)，δ为预设阈值。

9.根据权利要求8所述的几何校正系统，其特征在于，还包括：地球椭球模型建立单元，所述地球椭球模型建立单元包括：

获取子单元，用于获取地面图像的中心点的第二大地经纬度和高程值；

第一建模子单元，用于建立标准地球椭球模型，根据所述第二大地经纬度确定所述中心点在所述标准地球椭球模型中的位置；

扩展子单元，用于根据所述高程值将所述标准地球椭球模型等扁率向外扩展；

第二建模子单元，用于根据扩展后的所述中心点的位置建立所述地球椭球模型。

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