一种ATI-SAR海面单视复图像配准的方法技术

本发明专利技术公开了一种ATI‑SAR海面单视复图像的配准方法，主要步骤包括：在ATI‑SAR前后天线对应的两幅单视复图像数据块中分别选取匹配窗和搜索窗；匹配窗在搜索窗中配准搜索获得相关系数最大点对应的配准像素偏移，该配准像素偏移同其他数据块配准像素偏移结果以及由系统参数计算的配准偏移进行对比，判断本次配准偏移是否出现像素级误差；如果出现像素级误差，则计算大尺度海浪对应的方位频谱范围，根据迭代次数计算应保留的匹配窗和搜索窗内数据对应的大尺度海浪方位谱，得到新的匹配窗和搜索窗后再次进行配准搜索；如果没有出现像素级误差，则根据配准像素偏移对整个数据块进行配准，获得对应的干涉相位图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋微波遥感
，具体涉及一种ATI-SAR海面单视复图像配准方法。
技术介绍
顺轨干涉合成孔径雷达(Along-TrackInterferometricSAR，ATI-SAR)是一种重要的海洋遥感手段，ATI-SAR不仅具有普通SAR全天时、全天候、分辨率高的优势，并且由于ATI-SAR干涉相位对海浪与电磁波的调制传递函数依赖性弱于SAR图像，所以能够更好地获取海洋动态信息，例如反演海洋表面洋流，浅海地形，内波以及舰船尾迹等，ATI-SAR海洋探测相关应用已在机载以及星载平台上得到不断的发展。ATI-SAR利用其在平台运动方向上设置的两个天线先后对海面同一区域进行成像，对前后天线分别获取的两幅单视复图像(SingleLookCompleximage，SLC)进行精确配准是获取有效顺轨干涉相位的必要前提，目前国际上处理ATI-SAR海面SLC配准时，通常选取陆地目标作为配准参考点，利用相关系数法对其进行配准搜索。相关系数法配准搜索过程如图1所示，在前天线SLC数据块Fi中心选择一个mxn大小的匹配窗G1，窗内各点像素记为在后天线SLC数据块Ai中心选择一个MxN大小的搜索窗S(M＞m，N＞n)。G2同G1窗口大小相同，G2在S中心位置处时，与G1位置严格对应，其与G1之间的像素偏移记为(u，v)＝(0，0)。在S内选取不同偏移位置的G2，并同G1进行相关，达到配准搜索的目的，用相关系数表征G2在像素偏移(u，v)处与G1的相关程度，相关系数表达式如下：其中分别表示方位向和距离向的像素偏移。配准搜索后，获得相关系数分布图，由最大相关系数点对应的像素偏移(umax，vmax)对整个SLC数据块作配准获得干涉相位图，相关系数法配准流程如图2所示。然而，人们关注的大量流场区域往往不包含陆地，尤其是对于机载ATI-SAR，由于其幅宽较窄，多数情况下不能覆盖陆地，进而导致无参考点可用于配准。对于无参考点的海面SLC，仅能对海浪纹理进行基于相关系数最大准则的配准。ATI-SAR成像间隔即使是毫秒量级，前后天线SLC的相关性受海面随机运动影响也会急剧下降。海面后面散射系数远低于陆地，且频率较高的小尺度波在合成孔径时间内变化剧烈，已不能聚焦而间接转化为“噪声”，进一步降低了回波信噪比。利用相关系数法对低相关的海浪纹理进行配准时，在噪声影响下，由最大相关系数点对应的像素偏移获得的干涉相位图质量往往不是最优，会产生像素级配准误差，严重时甚至出现配准错误。
技术实现思路
为解决现有技术中的至少一问题而提出本专利技术。本专利技术在下文中参考实施例的示例将更详细的描述，但本专利技术并不局限于所述实施例。本专利技术提供了一种ATI-SAR海面单视复图像配准的方法，包括具体以下步骤：S1：将ATI-SAR前后天线的海面单视复图像分成多个数据块，并在每一前天线数据块获取匹配窗，在每一后天线数据块获取搜索窗；S2：所述匹配窗在所述搜索窗中进行配准搜索获得相关系数最大点对应的配准像素偏移，同其他数据块配准结果以及由实际系统参数计算的像素偏移进行对比，判断配准结果是否出现像素级误差；S3：如果所述配准像素偏移出现像素级配准误差，则计算所述ATI-SAR的海面单视复图像中大尺度海浪对应的方位谱范围，并对所述匹配窗和搜索窗内数据在方位向进行FFT，根据大尺度海浪对应方位谱范围，保留匹配窗和搜索窗数据方位谱的大尺度海浪对应分量，方位向IFFT获得新的匹配窗和搜索窗，再次进行配准；S4：如果所述配准像素偏移没有出现像素级配准误差，则根据配准像素偏移对整个数据块进行配准，获得对应的干涉相位图。优选地，所述匹配窗位于所述每一前天线数据块的中心。优选地，所述搜索窗位于所述每一后天线数据块的中心。优选地，所述匹配窗包含在所述搜索窗内。优选地，所述实际系统参数为所述ATI-SAR的基线长度和飞机的平台速度。优选地，所述配准像素偏移为方位向像素偏移和距离向像素偏移。其中，所述步骤S3还包括设置迭代次数n≥0且n为整数，迭代步长为Δf。根据所述迭代次数n≥0且n为整数，迭代步长为Δf，将所述步骤S3分为两种情况如下：(1)、n＝0：步骤S2对所述匹配窗在所述搜索窗中进行配准存在较大的误差，需要提取所述大尺度海浪对应的方位谱分量再次进行配准，计算所述大尺度海浪分量对应的频谱范围，并在所述频谱范围中心选择相应带宽的频谱进行截取；(2)、n＞0：检测出(1)存在像素级配准误差，而(1)配准截取的频谱范围过小导致配准精度急剧下降，需根据迭代次数n，以及迭代步长Δf，扩大方位谱截取范围以提高配准精度，再对所述匹配窗和搜索窗内的数据选取新的方位谱截取频谱范围，设置n＝n+1，再次进行配准。对比现有技术，本专利技术的有益效果在于：不依赖陆地静止参考点，利用大尺度海浪在单视复图像中纹理特征明显且在干涉时间间隔内基本静止的特点，仅保留ATI-SAR海面单视复图像中的大尺度海浪成分，既提高了复图像的相关性和信噪比，也提升了大尺度海浪在配准过程中所占的权重，进而提高了海面单视复图像的配准精度，获得更高质量的干涉相位图，从而能够从干涉相位中反演更高精度的海洋流场信息。附图说明图1是现有采用相关系数法配准搜索的示意图；图2是现有采用相关系数法配准搜索的流程图；图3是本专利技术ATI-SAR单视复图像配准方法的流程图；图4是本专利技术ATI-SAR前后天线单视复图像对应的灰度图(上图：前天线单视复图像灰度图，下图：后天线单视复图像灰度图)；图5是2种方法对虚线框内数据块配准后的干涉相位图(左图：本专利技术方法，右图：相关系数法)；图6是2种方法对ATI-SAR前后天线单视复图像配准像素偏移统计结果(上图：方位向像素偏移，下图：距离向像素偏移)。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图3是本专利技术ATI-SAR海面单视复图像配准的方法的流程图。如图所示，本专利技术提供的具体实施例以机载ATI-SAR数据进行说明。受飞机运动误差以及实际天线安装精度的影响，ATI-SAR在交轨向会存在基线分量，导致单视复图像在距离向产生像素偏移。ATI-SAR前后天线的单视复图像之间一般不存在旋转或形变，因此只需对其在方位向和距离向进行平移配准。对于机载ATI-SAR，其单视复图像为条带状，考虑到其整个条带数据在方位向上尺寸较大，且实际顺轨基线时变等原因，需在方位向对数据进行分块配准，ATI-SAR前后天线单视复图像分别记为Fi，Ai数据块(i≤[Q/q]，其中Q为整个条带数据方位向点数，q为数据块方位向点数)，本专利技术是以大尺度海浪纹理为主要配准对象的迭代配准方法，下面以机载ATI-SAR海面单视复图像配准为例进行说明，本专利技术方法同样适用于星载ATI-SAR，方法主要步骤如下：步骤S1：在ATI-SAR前天线单视复图像数据块Fi中心选择一个mxn大小的匹配窗G1，在ATI-SAR后天线单视复图像数据块Ai中心选择一个MxN大小的搜索窗S(M＞m，N＞n)。先根据ATI-SAR的基线长度和飞机平台速度计算Fi和Ai在方位向上可能的像素偏移数，M-m应大于该像素偏移数若干像素，以防止配准搜索时超出搜索窗范围。距离向像素偏移个数可根据平台惯导数据估本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ATI‑SAR海面单视复图像配准的方法，包括以下步骤：S1：将ATI‑SAR前后天线对应的海面单视复图像分成多个数据块，并在每一前天线数据块中获取匹配窗，在每一后天线数据块中获取搜索窗；S2：所述匹配窗在所述搜索窗中进行配准搜索获得相关系数最大点对应的配准像素偏移，同其他数据块配准结果以及由实际系统参数计算的像素偏移进行对比，判断配准结果是否出现像素级误差；S3：如果所述配准像素偏移出现像素级配准误差，则计算所述ATI‑SAR的海面单视复图像中大尺度海浪对应的方位谱范围，并对所述匹配窗和搜索窗内数据在方位向进行FFT，获得相应的方位谱；根据大尺度海浪对应方位谱范围，保留匹配窗和搜索窗数据方位谱的对应分量，方位向IFFT获得新的匹配窗和搜索窗，再次进行配准；S4：如果所述配准像素偏移没有出现像素级配准误差，则根据配准像素偏移对整个数据块进行配准，获得对应的干涉相位图。

【技术特征摘要】
1.一种ATI-SAR海面单视复图像配准的方法，包括以下步骤：S1：将ATI-SAR前后天线对应的海面单视复图像分成多个数据块，并在每一前天线数据块中获取匹配窗，在每一后天线数据块中获取搜索窗；S2：所述匹配窗在所述搜索窗中进行配准搜索获得相关系数最大点对应的配准像素偏移，同其他数据块配准结果以及由实际系统参数计算的像素偏移进行对比，判断配准结果是否出现像素级误差；S3：如果所述配准像素偏移出现像素级配准误差，则计算所述ATI-SAR的海面单视复图像中大尺度海浪对应的方位谱范围，并对所述匹配窗和搜索窗内数据在方位向进行FFT，获得相应的方位谱；根据大尺度海浪对应方位谱范围，保留匹配窗和搜索窗数据方位谱的对应分量，方位向IFFT获得新的匹配窗和搜索窗，再次进行配准；S4：如果所述配准像素偏移没有出现像素级配准误差，则根据配准像素偏移对整个数据块进行配准，获得对应的干涉相位图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述匹配窗位于所述每一前天线数据块的中心。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述搜索窗位于所述每一后天线数据块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔维亚，种劲松，魏翔飞，孟辉，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11