用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法和系统技术方案

本公开涉及一种用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法和系统。其中所述方法包括：步骤S1、获取卫星在成像参数不变的情况下，对同一场景在相邻重访周期分别生成的第一图像数据和第二图像数据，所述重访周期为生成所述第一图像数据和所述第二图像数据的最小时间间隔；步骤S2、基于所述第一图像数据和所述第二图像数据来调整定标器放置位置和目标体放置位置；以及步骤S3、利用调整后的定标器放置位置和目标体放置位置，通过对所述场景的解析和图像辐射绝对定标来确定所述目标体的散射强度作为所述散射特性。所述方法能够确保高分辨率条件下在成像范围内各点处的辐射精度的一致性。的一致性。的一致性。

【技术实现步骤摘要】
用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法和系统


[0001]本公开涉及图像处理领域，更具体地，涉及一种用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法和系统。

技术介绍

[0002]我国已发射的高分三号合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星工作在C波段，中心频率5.4G，其具有12种成像模式；其中最高分辨率可达到1米，采用滑动聚束(Spotlight)模式予以成像实现。在1米分辨率的SAR图像中，地球表面上的船舶、大型车辆、飞机、建筑等人工目标轮廓可辨。地面人工目标在SAR图像中的可自动检出性，受背景杂波强度的影响。地面人工目标类型的可辨识、识别性，受目标自身雷达成像特性(入射角、方位角)的影响。考虑目标周围环境影响，如何定量化测量出人工目标在不同入射角、方位角下的雷达散射强度以及散射强度分布，是研究SAR图像目标自动检测与识别算法的基础，也是评测不同目标类型之散射特性差异、可区分性的依据。
[0003]我国高分三号SAR数据的大量获取为人工目标的雷达散射特性测量提供了数据基础。但在1米分辨率下，滑动聚束模式采用的独立滑动聚束技术或混合滑动聚束技术无法保证在成像范围内各点处的辐射精度一致性，图像边缘处通常会低于图像中心处。对于解决SAR图像目标特性分析问题，现有技术中已经存在以下两种方案：
[0004]方案一：基于机载SAR图像的车辆目标散射特性分析
[0005]德国DLR使用机载E-SAR对地面小型载人汽车进行后向散射特性测量，以服务于德国智能交通监测项目。机载E-SAR工作在X波段，VV极化，方位向合成孔径角度7
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。在一次测量实验中，地面共计停放了11辆不同方位的小型载人汽车，并通过不同航向的6个架次机载飞行成像，获取小型载人汽车在0
°
～180
°
方位范围内随方位变化而出现的目标后向散射特性变化。为了弥补有限观测的方位间隔较大，对于获取后的数据采用了子孔径分解技术，以得到更小方位间隔为0.35
°
的后向散射强度连续变化曲线。该方案依据E-SAR较好飞行航向控制，以及SAR传感器较好的外定标精度和方位向合成孔径的宽带信号。而这些飞行平台和传感器特性受制造工艺水平决定，我国目前的工业水平距之还有差距。
[0006]方案一中采用机载SAR飞行实现对车辆目标方位特性的测量与分析。其方案成败的关键依赖于机载SAR的定标精度，以及飞行航向的控制。而这两项技术如何实现，在公开发表的文章中并没有明确说明。
[0007]方案二：Radarsat-2全极化SAR车辆目标典型方位特性分析
[0008]为了测量地面大型车辆如八轮大型卡车、中型卡车、油罐车等不同方位下的后向散射强度，以及不同方位下的极化散射分量变化情况。依据卫星轨道方向、地质罗盘对地面车辆的方位进行了设置和安放，通过获取C波段Radatsat-2卫星的全极化10米图像，并利用极化分解方法对以上车辆目标在典型方位0
°
、45
°
、90
°
的散射特性进行了测量。该方案中使用地质罗盘对车辆方位进行定位，其方位的测量值需要加入当地磁偏角的改正。磁偏角的改正量随着地点和时间为一变化量，精度不高，偏差在1度左右。利用罗盘进行现场测量时，
罗盘容易受高压线、雷达站等局部动态电磁场变化的影响，需要对这些场景地物进行躲避。
[0009]方案二中采用星载Radarsat-2图像实现了对车辆目标在典型方位下的特性分析。其方案依赖于加拿大Radarsat-2SAR卫星的辐射标称精度，以及车辆目标的方位角测量精度。方案中采用了国外商业SAR卫星，其在条带模式下具有较高的定标精度。若进行目标特性分析与测量，都采用国外商业卫星数据，数据费用昂贵，并且原始数据在国外都有备份，不利于我国自身实验测量数据产权的保护。
[0010]为实现利用我国高分三号SAR卫星一米分辨率数据进行人工目标如车辆、飞机、建筑物等目标的雷达散射特性分析与测量，解决在此高分辨率下由于采用独立滑动聚束技术或混合滑动聚束技术无法保证在成像范围内各点处的辐射精度的一致性问题，本专利技术提出采用依据高分三号卫星轨道和成像参数，在被测目标体附近利用水平仪和GPS-RTK技术来布设、放置角反射器的方案，并依据辐射标定后的SAR图像进行被测目标体之雷达后向散射强度的计算方法。

技术实现思路

[0011]提供了本公开以解决现有技术中存在的上述问题。
[0012]本公开的第一方面提供了一种用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，所述方法包括：步骤S1、获取卫星在成像参数不变的情况下，对同一场景在相邻重访周期分别生成的第一图像数据和第二图像数据，所述重访周期为生成所述第一图像数据和所述第二图像数据的最小时间间隔；步骤S2、基于所述第一图像数据和所述第二图像数据来调整定标器放置位置和目标体放置位置；以及步骤S3、利用调整后的定标器放置位置和目标体放置位置，通过对所述场景的解析和图像辐射绝对定标来确定所述目标体的散射强度作为所述散射特性。
[0013]根据本公开第一方面的用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，在所述步骤S2中：调整所述定标器放置位置，使得角反射器地面的斜边与传感器成像的方位向保持平行且所述角反射器的主轴与所述传感器的视轴方向重合；以及调整所述目标体放置位置，使得所述目标体在距离向上的独立成像区宽度大于s1+w+s2；其中，S1为所述目标体自身高度引起的阴影区宽度，w为所述目标体自身宽度，S2为所述目标体自身高度引起的顶底位移高度。
[0014]根据本公开第一方面的用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，在所述步骤S3中，对所述场景的解析包括：配准所述第一图像数据和所述第二图像数据；通过斜地距纠正配准后的第一图像数据和第二图像数据作为地距图像；以及从所述地距图像中选取所述目标体所在的区域，消除背景影响后得到纯净目标体图像。
[0015]根据本公开第一方面的用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，在所述步骤S3中：根据理想角反射器后向散射强度与所述第二图像数据角反射器峰值散射强度的比值，对所述第二图像数据进行所述图像辐射绝对定标，以得到所述纯净目标体所在的所述第二图像数据的强度图像。
[0016]根据本公开第一方面的用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，在所述步骤S3中：基于所述强度图像，通过对所述目标体所在的目标区域进行散射强度积分，来确定所述目标体的散射强度作为所述散射特性。
[0017]本公开的第二方面提供了一种用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的系统，所述系统包括：获取单元，被配置为，获取卫星在成像参数不变的情况下，对同一场景在相邻重访周期分别生成的第一图像数据和第二图像数据，所述重访周期为生成所述第一图像数据和所述第二图像数据的最小时间间隔；调整单元，被配置为，基于所述第一图像数据和所述第二图像数据来调整定标器放置位置和目标体放置位置；以及确定单元，被配置为，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1、获取卫星在成像参数不变的情况下，对同一场景在相邻重访周期分别生成的第一图像数据和第二图像数据，所述重访周期为生成所述第一图像数据和所述第二图像数据的最小时间间隔；步骤S2、基于所述第一图像数据和所述第二图像数据来调整定标器放置位置和目标体放置位置；以及步骤S3、利用调整后的定标器放置位置和目标体放置位置，通过对所述场景的解析和图像辐射绝对定标来确定所述目标体的散射强度作为所述散射特性。2.根据权利要求1所述的用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，其特征在于，在所述步骤S2中：调整所述定标器放置位置，使得角反射器地面的斜边与传感器成像的方位向保持平行且所述角反射器的主轴与所述传感器的视轴方向重合；以及调整所述目标体放置位置，使得所述目标体在距离向上的独立成像区宽度大于s1+w+s2；其中，S1为所述目标体自身高度引起的阴影区宽度，w为所述目标体自身宽度，S2为所述目标体自身高度引起的顶底位移高度。3.根据权利要求1所述的用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对所述场景的解析包括：配准所述第一图像数据和所述第二图像数据；通过斜地距纠正配准后的第一图像数据和第二图像数据作为地距图像；以及从所述地距图像中选取所述目标体所在的区域，消除背景影响后得到纯净目标体图像。4.根据权利要求3所述的用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，其特征在于，在所述步骤S3中：根据理想角反射器后向散射强度与所述第二图像数据角反射器峰值散射强度的比值，对所述第二图像数据进行所述图像辐射绝对定标，以得到所述纯净目标体所在的所述第二图像数据的强度图像。5.根据权利要求4所述的用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的方法，其特征在于，在所述步骤S3中：基于所述强度图像，通过对所述目标体所在的目标区域进行散射强度积分，来确定所述目标体的散射强度作为所述散射特性。6.一种用于确定合成孔径雷达图像的散射特性的系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，吴樊，汤益先，王超，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：