星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法和装置，所述方法包括：利用地面目标点的斜视影像，计算得到地面目标点的斜距，利用地面目标点的斜距以及卫星SAR载荷成像时刻的卫星位置，计算得到对地面目标进行斜视成像时的卫星斜视角，进而计算得到卫星SAR载荷天线指向与地表的交点，将该交点坐标作为地面目标点的位置坐标。所述装置包括：斜距计算模块，卫星斜视角计算模块和地面目标点的位置坐标估计模块。本发明专利技术通过充分利用斜视滑聚成像特性以及成像过程中的星地位置关系，解决了在SAR大斜视滑聚模式下传统距离

【技术实现步骤摘要】
星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法和装置


[0001]本专利技术涉及星载SAR
，尤其涉及一种星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法和装置。

技术介绍

[0002]星载SAR是对地观测的一种重要手段。近年来，斜视SAR由于优越的探测灵活性和重访探测能力，在军事和民用中有巨大的应用潜力，已成为SAR成像研究的热点之一。但是现在研究均集中在高精度斜视成像算法上，对大斜视条件下的高精度几何处理技术研究非常少。星载SAR几何定位精度是决定SAR影像应用效益能否彻底发挥的关键因素之一，如何保障SAR在轨后的高几何定位精度是亟需解决的重要问题。传统几何定位模型—距离多普勒RD(Range Doppler)方程符合SAR成像的一般情形，在SAR影像几何处理中广泛使用。RD方程将目标的位置向量与卫星载荷位置、速度状态向量在某一特定方位向时刻关联起来。在这一时刻，载荷与目标之间的观测几何由载荷至目标之间距离以及多普勒中心频率构成。
[0003]与正侧视SAR相比，斜视滑聚SAR的方位谱混叠现象更加复杂，若不采取有效措施，将严重影响SAR图像的聚焦质量，其原因在于，一方面，真实目标的聚焦质量会严重下降,另一方面，SAR图像将出现大量虚假目标。当前效果最优的成像算法普遍做法是在距离频域通过方位向dechirp处理，弯曲成像距离历程，将从目标区接收到的所有信号多普勒中心移至零频，将多普勒带宽减少到一个PRF内，以解决PRF不足的问题，而后再进行常规两步式成像。对于这种方式，每个点对应的真实多普勒频率无法获知，导致对该图像进行几何处理时，RD模型中的多普勒方程不再适用，需要探寻用于大斜视滑聚成像模式下的几何定位计算模型。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，如何实现大斜视星载SAR所探测目标的几何定位。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例第一方面公开了一种星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法，所述方法包括：利用地面目标点的斜视影像，计算得到地面目标点的斜距，利用地面目标点的斜距以及卫星SAR载荷成像时刻的卫星位置，计算得到对地面目标进行斜视成像时的卫星斜视角，进而计算得到卫星SAR载荷天线指向与地表的交点，将该交点坐标作为地面目标点的位置坐标。
[0006]本专利技术实施例第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述的斜距是指地面目标点到卫星SAR载荷天线的距离。
[0007]本专利技术实施例第一方面中，作为一种可选的实施方式，利用卫星SAR载荷对地面目标点采用斜视成像方式进行探测，获取地面目标点的斜距影像；
[0008]本专利技术实施例第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述的利用地面目标点的斜视影像，计算得到地面目标点的斜距，包括：
[0009]S1、待定位的地面目标点T所对应的斜距影像上的像素点，在斜距影像上的像素坐标为(cr,ca)，计算像素坐标(cr,ca)处对应的地面目标点的斜距r，其计算公式为：
[0010]r＝r
min
(ca)+cr*SOL/(2*FFS)，
[0011]其中，地面目标点T在斜距影像中对应像素点位于第ca行，在斜距影像第ca行所有像素点所对应地面目标点中，距离卫星最近的地面目标点的斜距记为r
min
(ca)，待定位的地面目标点T的地表高程为H，SOL为雷达波传播速度，卫星SAR载荷斜视成像的采样频率为FFS，卫星SAR载荷的天线在斜视成像中距离向的侧视角为γ；待定位的地面目标点T的经纬度坐标为(T
lat
,T
lon
)；
[0012]本专利技术实施例第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述的利用地面目标点的斜距以及卫星SAR载荷成像时刻的卫星位置，计算得到对地面目标点进行斜视成像时的卫星斜视角，包括：
[0013]S2、L点和R点与目标点T构成三角形ΔLTR，其顶点为T，底边为LR。将S作为底边LR的中点，则底边半距离c＝|LR|/2，底边上的中线|ST|＝r，三角形ΔLTR的腰长之差d的计算公式为:
[0014]d＝|LT|
‑
|RT|＝r
min
(ca
‑
c1)
‑
r
min
(ca+c1),
[0015]根据三角形中线定理，计算得到S点处卫星斜视角，其计算公式为：
[0016][0017]其中，卫星斜视角是指卫星SAR载荷的天线指向与垂直于卫星飞行航线的平面之间的夹角，卫星SAR载荷在对地面目标点T进行SAR成像时刻为第一成像时刻，第一成像时刻卫星所处的轨道位置S点在WGS84坐标系下的位置坐标为(S
x
,S
y
,S
z
)，将第一成像时刻按照等时间间隔向前和向后延伸，得到第二成像时刻和第三成像时刻，c1为该间隔时刻对应的像素点的行序号变化量，地面目标点T在第二成像时刻和第三成像时刻的斜距影像上所分别对应的像素点的行序号分别为ca
‑
c1和ca+c1，r
min
(ca
‑
c1)和r
min
(ca+c1)分别是地面目标点T在第二成像时刻和第三成像时刻的斜距，卫星在第二成像时刻和第三成像时刻分别位于轨道位置的L点和R点，L点和R点在WGS84坐标系下的位置坐标分别为(L
x
,L
y
,L
z
)和(R
x
,R
y
,R
z
)；c1一般取3至5。
[0018]本专利技术实施例第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述的计算得到卫星SAR载荷天线指向与地表的交点，将该交点坐标作为地面目标点的位置坐标，包括：
[0019]S3、计算得到卫星在S点的运动方向的单位矢量为：
[0020](A
x
,A
y
,A
z
)＝Normalize(R
x
‑
L
x
,R
y
‑
L
y
,R
z
‑
L
z
)，
[0021]其中，Normalize表示矢量归一化运算；
[0022]S4、在过S点且垂直于矢量的平面上，构造单位矢量(P
x
,P
y
,P
z
)，如果max(|A
x
|,|A
y
|,|A
z
|)＝|A
x
|，则单位矢量(P
x
,P
y
,P
z
)的取值为：
[0023][0024]如果max(|A
x
|,|A
y
|,|A
z
|)＝|A
y
|，则单位矢量(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法，其特征在于，所述方法包括：利用地面目标点的斜视影像，计算得到地面目标点的斜距，利用地面目标点的斜距以及卫星SAR载荷成像时刻的卫星位置，计算得到对地面目标进行斜视成像时的卫星斜视角，进而计算得到卫星SAR载荷天线指向与地表的交点，将该交点坐标作为地面目标点的位置坐标。2.如权利要求1所述的星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法，其特征在于，所述的斜距是指地面目标点到卫星SAR载荷的天线的距离。3.如权利要求1所述的星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法，其特征在于，利用卫星SAR载荷对地面目标点采用斜视成像方式进行探测，获取地面目标点的斜距影像。4.如权利要求1所述的星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法，其特征在于，所述的利用地面目标点的斜视影像，计算得到地面目标点的斜距，包括：S1、待定位的地面目标点T所对应的斜距影像上的像素点，在斜距影像上的像素坐标为(cr，ca)，计算像素坐标(cr，ca)处对应的地面目标点的斜距r，其计算公式为：r＝r
min
(ca)+cr*SOL/(2*FFS)，其中，地面目标点T在斜距影像中对应像素点位于第ca行，在斜距影像第ca行所有像素点所对应地面目标点中，距离卫星最近的地面目标点的斜距记为r
min
(ca)，待定位的地面目标点T的地表高程为H，SOL为雷达波传播速度，卫星SAR载荷斜视成像的距离向采样频率为FFS，卫星SAR载荷的天线在斜视成像中距离向的侧视角为γ；待定位的地面目标点T的经纬度坐标为(T
lat
，T
lon
)。5.如权利要求4所述的星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法，其特征在于，所述的利用地面目标点的斜距以及卫星SAR载荷成像时刻的卫星位置，计算得到对该地面目标点进行斜视成像时的卫星斜视角，包括：S2、L点和R点与目标点T构成三角形ΔLTR，其顶点为T，底边为LR；将S作为底边LR的中点，则底边半距离c＝|LR|/2，底边上的中线|ST|＝r，三角形ΔLTR的腰长之差d的计算公式为：d＝|LT|
‑
|RT|＝r
min
(ca
‑
c1)
‑
r
min
(ca+c1)，根据三角形中线定理，计算得到S点处卫星斜视角，其计算公式为：其中，卫星斜视角是指卫星SAR载荷的天线指向与垂直于卫星飞行航线的平面之间的夹角，卫星SAR载荷在对地面目标点T进行SAR成像时刻为第一成像时刻，第一成像时刻卫星所处的轨道位置S点在WGS84坐标系下的位置坐标为(S
x
，S
y
，S
z
)，将第一成像时刻按照等时间间隔向前和向后延伸，得到第二成像时刻和第三成像时刻，c1为该间隔时刻对应的像素
点的行序号变化量，地面目标点T在第二成像时刻和第三成像时刻的斜距影像上所分别对应的像素点的行序号分别为ca
‑
c1和ca+c1，r
min
(ca
‑
c1)和r
min
(ca+c1)分别是地面目标点T在第二成像时刻和第三成像时刻的斜距，卫星在第二成像时刻和第三成像时刻分别位于轨道位置的L点和R点，L点和R点在WGS84坐标系下的位置坐标分别为(L
x
，L
y
，L
z
)和(R
x
，R
y
，R
z
)。6.如权利要求5所述的星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处理方法，其特征在于，所述的计算得到卫星SAR载荷天线指向与地表的交点，将该交点坐标作为地面目标点的位置坐标，包括：S3、计算得到卫星在S点的运动方向的单位矢量为：(A
x
，A
y
，A
z
)＝Normalize(R
x
‑
L
x
，R
y
‑
L
y
，R
z
‑
L
z
)，其中，Normalize表示矢量归一化运算；S4、在过S点且垂直于矢量的平面上，构造单位矢量(P
x
，P
y
，P
z
)，如果max(|A
x
|，|A
y
|，|A
z
|)＝|A
x
|，则单位矢量(P
x
，P
y
，P
z
)的取值为：如果max(|A
x
|，|A
y
|，|A
z
|)＝|A
y
|，则单位矢量(P
x
，P
y
，P
z
)的取值为：如果max(|A
x
|，|A
y
|，|A
z
|)＝|A
z
|，则单位矢量(P
x
，P
y
，P
z
)的取值为：对构造的单位矢量(P
x
，P
y
，P
z
)进行归一化得到矢量即：根据S点、矢量和矢量构建平面ASP，设置单位矢量垂直于平面ASP，则构成WGS84坐标系下空间相互垂直的三维单位矢量；S5、令迭代矢量的起始点为S，其初始指向为其长度为地面目标点T到卫星SAR载荷天线的斜距r；将迭代矢量先以为轴旋转θ，再以为轴旋转γ后，获取迭代矢量的末端点T
′
，末端点T
′
在WGS84坐标系下的坐标为(T
′
x
，T
′
y
，T
′
z
)，将该坐标转化为经纬度和高程坐标，得到末端点坐标(T
′
lat
，T
′
lon
，H
′
)，根据地面目标点T的地表高程H对末端点坐标进行更新，得到地面目标点T的更新坐标(T
′
lat
，T
′
lon
，H)，根据该地面目标点T的更新坐标，计算卫星S与地面目标点T的距离为|ST|，求取矢量在单位矢量上的投影长度为m，求取矢量在单位矢量上的投影长度为n，对侧视角进行更新，γ＝atan(m/n)；S6、对步骤S5得到的|ST|进行判别，若||ST|
‑
r|＞ε，返回步骤S6，继续对|ST|进行计算，否则，将步骤S5中获取的地面目标点T的更新坐标作为地面目标点T的定位结果。
7.一种星载SAR斜视滑聚成像模式下的几何定位处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莹莹，吕守业，吴昊，辛煜，连翠萍，汪源，李海峰，高歌梦月，王雪莹，
申请(专利权)人：北京市遥感信息研究所，
类型：发明
国别省市：