本发明涉及合成孔径雷达干涉测量(interferometric systhetic apertureradar,insar)技术，具体涉及一种基于icesat-2修正轨道误差的dem生成方法、装置、设备及介质。
背景技术：
1、数字高程模型(digital elevation model,dem)是一种带有空间位置特征和地形高程特征的全数字地形模型。数字高程模型是重要的基础地理信息数据，不仅对民用领域有着十分重要的用途，在军事、地质、地形、水文、冰山等领域也有着极其重要的应用价值。
2、传统获取数字高程模型的方法有地形图数字化、实地测量、摄影测量和光学遥感技术。其中，地形图数字化是dem的一个重要来源，但该方法依赖于已有的地形图，且难以及时更新变化后的地形数据；野外实测是一种传统的大地测量技术，也是获取地面高程最精确的方法之一，但野外实测不仅耗费大量的人力、物力，而且难以实现dem的大范围生产；摄影测量技术是利用同一地区的光学影像通过共线共面方程解算得到地面物体的三维坐标，生成dem产品，但在云雨雾等恶劣环境下，难以成像。近些年发展起来的合成孔径雷达干涉测量技术和激光雷达测量技术(light detection and ranging,lidar)为dem生产提供了新的思路和方法。
3、合成孔径雷达干涉测量技术是随着信息技术、摄影测量技术、数字信号处理技术等相关技术的发展而迅速发展起来的一种高精度对地观测新技术，该技术通过雷达卫星在相邻重复轨道上对同一地区进行两次或两次以上成像，利用影像的相位信息获取该地区的高程数据或地表形变等信息。该方法不仅方便快捷、效率高、成本低、测量结果连续空间覆盖，且具有全天时、全天候的观测能力，不受云雨雾等恶劣天气的影响。因此，insar技术己经成为发展迅速、极具潜力的对地观测及测绘新技术之一。
4、虽然合成孔径雷达干涉测量技术在生产dem产品中有明显的优势，但还有很多因素制约着insar技术的实用化程度。在insar生成dem的过程中，其精度受到相位质量和轨道误差的影响。其中，轨道误差相位作为一种重要的误差源，是干涉测量精度的主要限制因素之一。因此，轨道误差的分析与建模对最终生成dem产品的精度至关重要。
5、目前，去除星载insar轨道误差主要以经验模型为主，包括线性模型、多项式拟合模型等。由于轨道误差主要由卫星状态矢量的垂直轨道误差和径向误差引起的，hanssen、ferretti等提出用影像距离向坐标和方位向坐标的构建线性模型拟合轨道误差。为精确确定模型系数，2011年，shirzaei等提出了一种基于多分辨率小波分析的方法。此外，线性模型系数也可以利用相位梯度和瞬时条纹频率求得。但实际上，在整个干涉图中轨道误差很少是完全线性的，因此，hanssen和feng等提出了二次多项式模型。此外，tobita和jiang相继提出用二次曲面和高阶多项式来拟合轨道残差相位进行建模。2013年，xu等在传统多项式拟合模型中加入高程相关项，用于补偿地形相关的相位误差，并利用alos palsar数据进行了验证，与使用传统的多项式拟合模型相比，应用改进的模型后，相位测量的精度提高了近两倍。
6、由于该方法原理简单，容易实现，因此被广泛用于insar轨道误差去除。然而，轨道误差的探测，需要借助精确的外部地形数据进行去地形处理，当外部地形数据存在误差时，这部分误差会传递到最终生成的dem中；而且，这种经验模型存在拟合误差，虽然解决了轨道误差相位的整体趋势，但难以顾及到局部的轨道误差相位。
7、因此，有必要设计一种从insar测高原理出发、且不依赖于外部dem精度的insar轨道误差建模与改正方法。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于icesat-2修正轨道误差的dem生成方法、装置、设备及介质，不依赖于外部dem精度，提高insar干涉测量技术的精度。
2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种基于icesat-2修正轨道误差的dem生成方法，包括：
4、步骤1，获取目标区域的insar数据并进行干涉处理和基线估计，获取干涉相位和初始基线参数；
5、步骤2，对步骤1得到的干涉相位，首先借助外部dem数据进行去地形处理得到差分干涉相位，然后对差分干涉相位进行相位滤波和解缠处理得到解缠差分干涉相位；
6、步骤3，从icesat-2数据中提取目标区域的若干地面控制点，计算每个地面控制点相位与步骤1所得干涉相位的差值；再基于基线参数的初始值和变化率，并采用最小二乘法计算轨道误差相位模型中的待估参数；
7、其中，轨道误差模型根据基线参数误差与残余相位之间的关系构建得到，即：
8、
9、式中，φorbit表示轨道误差相位，φint_icesat2为控制点相位与步骤1所得干涉相位的差值；b0、kb分别为基线长度的初始值和变化率；α0、kα分别为基线倾角的初始值和变化率；c指示轨道误差相位的常数偏差；
10、步骤4，将步骤3计算得到的参数代入轨道误差模型，进而计算出整景影像的轨道误差相位和改正后的基线参数；
11、步骤5，从步骤2得到的解缠差分干涉相位中扣除轨道误差相位，利用改正后的基线参数进行相高转换，得到相对于外部dem的高程变化量，将其与外部dem合并，生成最终的insardem。
12、进一步的，步骤1得到的干涉相位φ包括真实地形相位φtopo、平地相位φflat、噪声相位φnoi和轨道误差相位φorbit，表示为：
13、φ＝φtopo+φflat+φnoi+φorbit
14、步骤2所述借助外部dem数据进行去地形处理得到差分干涉相位，具体为：使用外部dem数据模拟地形相位φsim_topo，φsim_topo包括真实地形相位和平地相位，然后将得到的模拟地形相位φsim_topo从干涉相位φ中扣除，得到差分干涉相位，表示为：
15、φdiff＝φres_topo+φnoi+φorbit
16、式中，φdiff为差分干涉相位，即insar干涉相位与外部dem地形相位之差；φres_topo为残余地形相位，即insar测量实际地形高度与外部dem高程之间存在差异引起的相位。
17、进一步的，采用整体最小二乘法计算轨道误差改正模型中的待估参数，具体为：
18、(1)利用n个地面控制点相位与干涉相位差值、基线参数的初始值、入射角代入到基于基线参数的轨道误差改正模型，得到以下矩阵表达式：
19、
20、式中，φint_icesat2_i表示第i个地面控制点相位与步骤1所得干涉相位的差值，i＝1,2,…,n；
21、(2)采用整体最小二乘方法解算模型参数向量x的初始值：
22、x＝(ctc)-1·ctl
23、其中，c为系数矩阵，l为观测向量，即：
24、
25、(3)由于系数矩阵与基线参数相关，需要进行迭代，因此把估计得到的基线参数误差加到基线参数初始值上，重新计算系数矩阵c和待估参数向量x，重复此步骤，直到满足迭代运算的终止条件|xt+1-xt|＜ε，t为迭代次数，ε为迭代终止阈值。
26、进一步的，步骤4中需要利用改正后的基线参数计算相高转换参数，计算过程中考虑地球曲率的影响，计算式为：
27、
28、式中，kz为相高转换参数；b为基线长度；α为基线倾角；θ为入射角；λ为雷达波长；r10为主雷达天线中心到地面目标的距离；h1、h2分别代表sar卫星天线中心到地心的距离以及星下点对应的地球半径。
29、进一步的，地面控制点的相位计算方法为：
30、
31、式中，φicesat2为计算得到的地面控制点相位，r10、表示主、辅雷达天线中心到icesat-2对应的目标之间的距离，λ为雷达波长。
32、进一步的，所述insar数据采用的是双站tandem-x insar数据。
33、一种基于icesat-2修正轨道误差的dem生成装置，包括：
34、数据预处理模块，用于：获取目标区域的insar数据并进行干涉处理和基线估计，获取干涉相位和初始基线参数；
35、相位差分模块，用于：对预处理得到的干涉相位，首先借助外部dem数据进行去地形处理得到差分干涉相位，然后对差分干涉相位进行相位滤波和解缠处理得到解缠差分干涉相位；
36、参数估计模块，用于：从icesat-2数据中提取目标区域的若干地面控制点，计算每个地面控制点相位与相位差分模块所得干涉相位的差值；再基于基线参数的初始值和变化率构建insar轨道相位误差模型，利用最小二乘方法解算模型待估参数；
37、其中，轨道误差模型根据基线参数误差与残余相位之间的关系构建得到，即：
38、
39、式中，φorbit表示轨道误差相位，φint_icesat2为控制点相位与步骤1所得干涉相位的差值；b0、kb分别为基线长度的初始值和变化率；α0、kα分别为基线倾角的初始值和变化率；c指示轨道误差相位的常数偏差；
40、轨道误差相位和基线参数计算模块，用于：将估计得到的参数代入轨道误差模型，计算整景影像的轨道误差相位和相高转换参数；
41、dem生成模块，用于：从相位差分模块得到的解缠差分干涉相位中扣除轨道误差相位，利用改正后的基线参数进行相高转换，得到相对于外部dem的高程变化量，将其与外部dem合并，生成最终的insardem。
42、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现上述任一项所述的dem生成方法。
43、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的dem生成方法。
44、有益效果
45、本发明基于icesat-2修正轨道误差的dem生成方法，首先利用常规的insar数据处理方法，通过基于外部dem数据的insar处理技术得到解缠差分干涉相位；随后利用icesat-2作为控制点，去除控制点处的平地相位和地形相位，得到控制点处的残余相位，残余相位由轨道误差贡献，依据误差传播定律构建残余相位和基线参数之间的函数关系，将轨道误差表示为基线参数、时间、斜距、入射角的函数；再利用残余相位对模型进行最小二乘估计求解，即可估计出精化后的基线参数和轨道误差。该方法从insar测高原理出发，构建轨道误差为基线参数误差项之和；并通过易于获取的星载lidar数据作为参考数据进行模型的计算，实现了insar与lidar数据的深度融合，为轨道误差的去除提供了绝对基准，摆脱了生产dem过程中对外部高精度dem的依赖。本发明可以实现快速、大范围、高精度的dem生产。
1.一种基于icesat-2修正轨道误差的dem生成方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1得到的干涉相位φ包括真实地形相位φtopo、平地相位φflat、噪声相位φnoi和轨道误差相位φorbit，表示为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用整体最小二乘法计算轨道误差改正模型中的待估参数，具体为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中需要利用改正后的基线参数计算相高转换参数，计算过程中考虑地球曲率的影响，计算式为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，地面控制点的相位计算方法为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述insar数据采用的是双站tandem-xinsar数据。
7.一种基于icesat-2修正轨道误差的dem生成装置，其特征在于，包括：
8.一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。
