本发明涉及雷达干涉测量，特别是一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法。
背景技术：
1、我国的地势西部高，东部低，因此长江、黄河流域的大部分河流总体流向都是自东向西，在长江、黄河及其支流上上建设的数百座高坝大库大部分为南北走向，这使得雷达遥感监测大坝时，能够获得升降杆的大坝两个立面的顶底倒置影像，坝体侧立面ps点的相位同时包含坝体的高程信息，也包含了坝体东西向水平位移和沉降信息，这些变化信息理论上都可以被星载sar干涉测量技术所提取。
2、但是，现有的psinsar技术目前只能够去除基于dem或者dsm的建筑物高程相位，对于建筑物东西两侧侧立面的sar侧视投影干涉相位没有相应的外部差分消除方法，目前采用时间序列数据通过长时序数据中基线差异导致的相位建模，从模型中消除ps点的高程误差。针对大坝侧面ps点的高程相位估计而言，现有时序分析方法得到的高程残差，一方面易被大气误差，基线残差，失相干等因素污染，另一方面，如果时序数据不充分，也容易造成ps点高程相位估计结果具有较大的不确定性。因此，在建筑物的变形监测领域，ps时序分析结果的可靠性一直较低，难以满足工程监测的需求；因此，需要设计一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法，利用坝体三维点云的高程信息和地理坐标，仿真计算坝体侧立面ps点的高程相位，然后采用差分技术消除坝体侧立面ps点的高程相位，进而提取坝体侧立面的变形相位信息。
2、为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：
3、一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法，包括：
4、s1，原始观测数据采集；
5、s2，建立坝体侧立面三维点云数据与sar坐标系下侧立面真实成像点之间的对应关系；
6、s3，基于sar干涉图局部高程模糊度参数和坝体侧立面高程开展高程相位的仿真分析；
7、s4，通过差分技术消除sar干涉图中坝体侧面高程相位得到获取坝体立面差分干涉相位，进而通过相位解缠算法提取坝体立面的变形结果。
8、优选地，步骤s1中采集原始观测数据包括：获取坝体区域的三维模型，提取坝体立面的lidar点云信息，根据坝体的朝向和sar影像的参数信息，提取朝向雷达方向的坝体立面wgs84坐标系下的三维点云信息，用于后续的数据处理分析；读取sar卫星影像数据，提取卫星坐标、方位向起始时刻和脉冲重复频率，用于后期的数据处理分析。
9、优选地，步骤s2具体包括：根据坝体侧立面的朝向和sar影像成像参数信息，建立坝体侧立面三维点云在雷达视线向的雷达坐标系对应关系，利用sar成像时的距离-多普勒模型，将坝体三维点云逐点投影至sar坐标系中。
10、进一步地，基于sar干涉图局部高程模糊度参数和坝体侧立面高程信息，仿真计算坝体侧立面高程相位；坝体侧面在sar坐标系下高程相位仿真结果是基于坝体侧面点云逐点仿真计算得到，当多个点云数据在sar坐标系中重叠在一个sar像元中时，采用平均相位贡献量的方法计算该点高程仿真相位值。
11、优选地，步骤s2的具体方法包括：
12、s201，根据sar影像提供的轨道状态向量拟合轨道参数，利用轨道参数即可求解特定时刻的sar卫星位置和速度；
13、s202，计算sar影像的方位向起始时刻和终止时刻
14、
15、式中，是方位向起始像元的时刻，nrow是方位向的行数，prf为脉冲重复频率，以上参数从sar影像产品的描述文件中读取；分别计算方位向起始和终止时刻对应的卫星位置和速度：
16、s203，分别计算起始和终止时刻卫星速度在距离向上的投影：
17、
18、式中，表示起始时刻卫星速度在距离向上的投影，表示终止时刻卫星速度在距离向上的投影；xcr表示角反射器的位置；
19、s204，判断和的正负号，若同号，则说明角反射器不在sar影像覆盖范围内；若异号，采用牛顿迭代法推算角反射器的零多普勒方位向时刻；
20、
21、式中，k表示零多普勒方位向时刻计算系数；和示表示方位向起始和终止时刻；ta表示角反射器的零多普勒方位向时刻；
22、s205，计算ta时刻的卫星位置和速度，并根据步骤s203的计算式，计算此时卫星速度在距离向上的投影vdop；
23、s206，判断vdop的正负号，若其与同号，计算改正量并更新使若与同号，同理计算改正量并更新使
24、s207，根据更新后的或计算对应的卫星位置和速度，重复进行步骤s203～s206，直至δta小于给定的阈值，阈值设定为方位向像素时间间隔的千分之一，即1/(1000·prf)；
25、s208，根据角反射器的零多普勒方位向时刻和斜距推算出角反射器的像素坐标(az,rg)：
26、
27、其中，c表示光速，xs是ta时刻的卫星位置，是距离向起始像元的往返双程时间，rsr为距离向采样率，az为方位向像素坐标，rg为距离向像素坐标。
28、进一步地，仿真算法计算高程相位时采用干涉图坝体立面所在区域的局部干涉图轨道基线计算结果。
29、进一步地，通过坝体侧立面干涉图与侧立面高程仿真相位的差分，获取坝体侧立面差分干涉相位，并通过相位解缠算法提取其变形结果。
30、优选地，步骤s3的具体方法包括：
31、在获取了坝体点云在sar坐标下的位置后，给每个点位赋值高程信息，并利用高程相位计算公式获取坝体立面高程相位：
32、
33、式中，bp为干涉图的垂直基线，h为点云的高程值，θ为本地入射角。
34、优选地，步骤s4的具体方法包括：在去除了平地效应的原始差分干涉图的基础上，减去模拟的坝体立面高程相位，即可获取坝体立面差分干涉图。
35、本发明提供一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法的有益效果如下：
36、1，通过坝体侧面实测的lidar点云数据的真实三维地理空间坐标，以及sar卫星成像参数信息，建立坝体侧面点云在sar成像坐标系下的坐标转换关系，实现点云空间坐标到sar坐标系的高精度转换；
37、2，通过精确估算大坝侧立面区域的insar干涉图高程模糊度数据，进行坝体侧立面点云高程相位仿真分析和准确估算；
38、3，利用差分干涉的方法，从坝体侧面成像干涉图中减去仿真计算得到的坝体侧立面高程相位，获取坝体侧立面差分干涉图，再通过相位解缠方法得到坝体侧立面在雷达视线向的变形监测结果。本发明能够从理论上完全消除坝体侧立面高程相位，得到的差分干涉图中高程相位残差小于0.1弧度，可满足坝体雷达视线向变形mm级精度的监测需求。
1.一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法，其特征在于，步骤s1中采集原始观测数据包括：获取坝体区域的三维模型，提取坝体立面的lidar点云信息，根据坝体的朝向和sar影像的参数信息，提取朝向雷达方向的坝体立面wgs84坐标系下的三维点云信息，用于后续的数据处理分析；读取sar卫星影像数据，提取卫星坐标、方位向起始时刻和脉冲重复频率，用于后期的数据处理分析。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法，其特征在于，步骤s2具体包括：根据坝体侧立面的朝向和sar影像成像参数信息，建立坝体侧立面三维点云在雷达视线向的雷达坐标系对应关系，利用sar成像时的距离-多普勒模型，将坝体三维点云逐点投影至sar坐标系中。
4.根据权利要求3所述的一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法，其特征在于，步骤s2的具体方法包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法，其特征在于，步骤s3的具体方法包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于三维点云模型的坝体ps点高程相位差分算法，其特征在于，步骤s4的具体方法包括：在去除了平地效应的原始差分干涉图的基础上，减去模拟的坝体立面高程相位，即可获取坝体立面差分干涉图。
