一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法技术

本发明专利技术公开一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法，包括以下步骤：选择角反射器、SAR影像特征计算、空间特征计算、特征点修正和推导角反射器中心点；本发明专利技术基于尺度空间，同时考虑角反射器在SAR影像中的辐射特征和空间特征，经验证，本发明专利技术对于高分辨率船载SAR影像的角反射器定位结果与基于控制点进行几何校正后的角反射器坐标定位结果在距离向和方位向上的平均相对误差、均方根误差都小于0.31个像元，精度相当，结果吻合，证明了本发明专利技术不依赖于角反射器的地理坐标信息，角反射器坐标定位精度可达子像元级，且因为角反射器在方位向上聚焦效果优于距离向，所以方位向坐标定位精度要优于距离向坐标。

【技术实现步骤摘要】
一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法
本专利技术涉及坐标定位
，尤其涉及一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法。
技术介绍
角反射器由于自身设计的特殊性，能够对雷达波束产生强烈反射，尤其是在合成孔径雷达成像过程中，角反射器的回波形成多次叠加，在SAR影像呈现高亮区域，此后向散射特性可广泛应用于雷达系统的外部定标、地面微形变的间接表示、图像配准的依据、图像复原和CRInSAR技术等；角反射器定位，是指得到角反射器质心对应的精确SAR影像坐标的过程，对角反射器的坐标定位，是角反射器相关应用的基础性工作，关于角反射器在SAR图像中坐标定位的研究，主要集中于星载SAR影像，由于星载SAR影像分辨率较低，角反射器成像一般表现为高亮点或区域，没有明显的十字丝特征，因此角反射器定位常用的方法大多基于角反射器的辐射强度特性，如基于强度特征的模板匹配法、峰值补零法和光谱相关图的方法等，其他类型的方法还包括基于变化检测的方法、基于PSInSAR的双重阈值法，基于强度和相干系数的综合指标法，基于先验知识的多重探测法等，以上方法大多数只能达到像元级定位精度，如模板匹配法、光谱相关图的方法等；少部分可达到子像元级精度的方法，如峰值补零法，但受背景、噪声等因素影响，其定位效果难以达到预期，高分辨率船载SAR影像中角反射器成像十字丝特征明显，角反射器的影像坐标定位精度有进一步提升的潜力，对于后续的船载SAR用于干涉测量、DEM提取的工作中，角反射器作为地面控制点，获得其高精度、子像元级别的影像坐标有着重要的意义；角反射器的识别可以结合其在SAR影像中表现的灰度、形状等特征，对于高分辨率船载SAR影像而言，角反射器特征丰富，因此其识别策略和坐标定位方法较多，根据已有的研究，常用的角反射器在SAR影像中的坐标定位方法中，如基于辐射强度特性的方法易受噪声影响，基于特征参数的方法常常无法达到理想精度，基于辐射定标和几何校正的方法需要对角反射器进行外业测量得到地理坐标，费时费力，因此，本专利技术提出一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法，该船载SAR影像的角反射器坐标定位方法不依赖于角反射器的地理坐标信息，角反射器坐标定位精度可达子像元级。为实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法，包括以下步骤：步骤一：选择角反射器由于三角锥形角反射器对应的整个RCS曲线变化缓慢，且在偏离最大入射方向40度范围内，RCS值缩减速度最慢，可知，三角锥形角反射器对雷达入射波偏离具有大的容忍度，故将三角锥形角反射器作为常用的角反射器，利用SAR以图像的形式记录三角锥形角反射器后向散射电磁波的幅度和相位信息，将幅度值定标并平方后得到三角锥形角反射器的强度图，在强度图上得到三角锥形角反射器的RCS，单位是m2；步骤二：SAR影像特征计算将三角锥形角反射器对SAR的后向散射信号看作为脉冲响应函数，在聚焦好的SAR影像中，表现出来的信号的包络面为：式中，h(x,t)表示t-x平面的脉冲响应函数，LS为合成孔径时间，τρ为脉冲宽度，t为斜距时间，x为方位角，ρr为距离向分辨率，ρa为方位向分辨率，由式(1)得到，三角锥形角反射器在理想状态下，强度在方位向和距离向都表现为sinc的函数形式，从而在高分辨率SAR影像中表现为十字丝形状；步骤三：空间特征计算将三角锥形角反射器成像区域得到的高斯、高斯差分尺度空间表示为：式中，E(t,x)表示E(h(t,x))，G(t,x,σ)表示空间尺度为σ的高斯卷积核，L(t,x,σ)、D(t,x,σ)分别表示高斯尺度空间和高斯差分尺度空间，k为两层高斯尺度空间的空间尺度之间的比值，由式(2)可知，D(t,x,σ)和空间尺度σ以及影像分辨率ρa，ρr相关；步骤四：特征点修正通过式(2)建立高斯金字塔和高斯差分金字塔，进行极值点检测，在尺度空间中得到特征点X，并对X进行修正：式中，X＝(t，x，σ)，X为成像目标点,为X修正后的结果；步骤五：推导角反射器中心点实际处理中，三角锥形角反射器成像区域检测出的特征点数量众多，根据角反射器的成像特征式(1)，角反射器质心在某个尺度σ被检测为特征点，因此角反射器质心对应成像点在特征点集P＝{X1,X2,...,Xn}内，进行筛选，此时根据现有的角反射器坐标定位方法：模板匹配法和峰值补零法，先获取角反射器的大致坐标X′，当满足式(4)时，则认为该特征点为角反射器中心点：|Xi-X′|＜R(4)式中，R为距离阈值，i＝1,2,…,n。进一步改进在于：所述步骤一中，RCS为雷达散射截面积，表征目标在雷达发射电磁波后所产生的回波强度、后向散射能量，RCS是一个由频率、入射波极化、接收天线极化、目标形状、结构、材料特性因素所组成的函数，它与目标在雷达波束上展现的面积没有任何直接关系。进一步改进在于：所述步骤二中，在聚焦好的SAR影像中，三角锥形角反射器的回波能量分布与光学系统的点扩散函数PSF相类似。进一步改进在于：所述步骤三中，三角锥形角反射器成像不仅具有明显的辐射特征，同样具有空间特征，在不同的影像分辨率情况下，三角锥形角反射器成像的模糊程度不同，与图像的尺度空间相似。进一步改进在于：所述步骤四中，为X修正后的结果，包括特征点的精确坐标以及尺度参数。进一步改进在于：所述步骤五中，σ的大小与三角锥形角反射器的尺寸和船载SAR影像分辨率相关。本专利技术的有益效果为：本专利技术基于尺度空间，同时考虑角反射器在SAR影像中的辐射特征和空间特征，经验证，本专利技术对于高分辨率船载SAR影像的角反射器定位结果与基于控制点进行几何校正后的角反射器坐标定位结果在距离向和方位向上的平均相对误差、均方根误差都小于0.31个像元，精度相当，结果吻合，证明了本专利技术不依赖于角反射器的地理坐标信息，角反射器坐标定位精度可达子像元级，且因为角反射器在方位向上聚焦效果优于距离向，所以方位向坐标定位精度要优于距离向坐标，相比距离向，方位向上的强反射像元更多，细节更丰富，更接近角反射器理想成像情形。附图说明图1为本专利技术的三角锥形角反射器的RCS曲线图；图2为本专利技术的sinc函数的三维透视图；图3为本专利技术的三角锥形角反射器成像情况图；图4为本专利技术的0.25m，241×241影像分辨率下角反射器的成像特点图；图5为本专利技术的1m，61×61影像分辨率下角反射器的成像特点图；图6为本专利技术的2m，31×31影像分辨率下角反射器的成像特点图；图7为本专利技术的4m，16×16影像分辨率下角反射器的成像特点图；图8为本专利技术的角反射器坐标定位误差图；图9为本专利技术的角反射器中心定位特征点的空间尺度图；图10为本专利技术与验证数据的坐标差值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：选择角反射器/n由于三角锥形角反射器对应的整个RCS曲线变化缓慢，且在偏离最大入射方向40度范围内，RCS值缩减速度最慢，可知，三角锥形角反射器对雷达入射波偏离具有大的容忍度，故将三角锥形角反射器作为常用的角反射器，利用SAR以图像的形式记录三角锥形角反射器后向散射电磁波的幅度和相位信息，将幅度值定标并平方后得到三角锥形角反射器的强度图，在强度图上得到三角锥形角反射器的RCS，单位是m

【技术特征摘要】
1.一种船载SAR影像的角反射器坐标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选择角反射器
由于三角锥形角反射器对应的整个RCS曲线变化缓慢，且在偏离最大入射方向40度范围内，RCS值缩减速度最慢，可知，三角锥形角反射器对雷达入射波偏离具有大的容忍度，故将三角锥形角反射器作为常用的角反射器，利用SAR以图像的形式记录三角锥形角反射器后向散射电磁波的幅度和相位信息，将幅度值定标并平方后得到三角锥形角反射器的强度图，在强度图上得到三角锥形角反射器的RCS，单位是m2；
步骤二：SAR影像特征计算
将三角锥形角反射器对SAR的后向散射信号看作为脉冲响应函数，在聚焦好的SAR影像中，表现出来的信号的包络面为：



式中，h(x,t)表示t-x平面的脉冲响应函数，LS为合成孔径时间，τρ为脉冲宽度，t为斜距时间，x为方位角，ρr为距离向分辨率，ρa为方位向分辨率，由式(1)得到，三角锥形角反射器在理想状态下，强度在方位向和距离向都表现为sinc的函数形式，从而在高分辨率SAR影像中表现为十字丝形状；
步骤三：空间特征计算
将三角锥形角反射器成像区域得到的高斯、高斯差分尺度空间表示为：



式中，E(t,x)表示E(h(t,x))，G(t,x,σ)表示空间尺度为σ的高斯卷积核，L(t,x,σ)、D(t,x,σ)分别表示高斯尺度空间和高斯差分尺度空间，k为两层高斯尺度空间的空间尺度之间的比值，由式(2)可知，D(t,x,σ)和空间尺度σ以及影像分辨率ρa，ρr相关；
步骤四：特征点修正
通过式(2)建立高斯金字塔和高斯差分金字塔，进行极值点检测，在尺度空间中得到特征点X，并对X进行修正：



式中，X＝(t，x，σ)，X为成像目标点,为X修正后的结果；
步骤五...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，马洪琪，肖海斌，潘斌，陈鸿杰，程翔，迟福东，马刚，周志伟，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，武汉大学，华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53