一种起伏地形SAR阴影判断方法技术

本发明专利技术公开了一种起伏地形SAR阴影判断方法，首先获取待模拟区域的DEM数据，根据小面单元模型拟合场景小面单元，再结合SAR平台与场景的几何位置关系，计算场景内各目标点的斜视角和下视角，确定雷达波束照射范围，然后对照射范围内的任一目标点，计算其到雷达载机的波束视线路径上所有小面单元对应的高度，最后利用下视角比较的方法进行遮挡判断，遍历波束照射范围内的所有目标点后，得到模拟的精细SAR阴影。本发明专利技术的方法还原了SAR实际工作中的波束照射情况，避免多次插值带来的累积性误差，实现对起伏地形区域SAR阴影的有效模拟，模拟得到的阴影能够更加准确地反映出起伏地形轮廓的变化，为后续SAR几何校正和阴影测高等工作奠定基础。作奠定基础。作奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种起伏地形SAR阴影判断方法


[0001]本专利技术属于SAR回波和图像模拟的
，具体涉及一种起伏地形SAR阴影判断方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(SAR)具有全天时、全天候获取高分辨图像的能力，已广泛用于地球遥感、资源勘探、侦察、测绘、灾情预报等领域，与此同时SAR回波和图像模拟技术也得到了快速发展，对于SAR系统参数设计，SAR成像算法检验，以及SAR图像后处理等都具有十分重要的作用。而在模拟SAR回波和图像的过程中，阴影判断是一个重要的环节，将直接影响模拟结果的准确性。
[0003]目前SAR阴影判断的方法主要有两类，一类是光线跟踪算法，这类方法遵循几何光学模型，模仿光线在空间中的传播过程，对光线在场景中的反射和折射进行跟踪，能够有效处理多次散射、阴影和遮挡效应，但需要追踪大量光线的路径，并且要判断每一根光线与场景中所有模型的小面元是否相交，因此计算量十分巨大，随着成像场景的增大，算法的计算效率会快速下降。
[0004]另一类是基于下视角比较的算法，这类方法根据载机到各目标点下视角的不同来判断各目标点的遮挡情况，能够快速有效地模拟出起伏地形区域的SAR阴影。如文献“刘智，张永贺，王冬红，宋芳.基于DEM的SAR图像模拟，测绘科学技术学报，2008(05)：317
‑
320”提出一种下视角搜索法，认为阴影区域内各目标点的下视角小于阴影边界处的下视角，因此通过比较同一扫描行上各目标点的下视角来判断遮挡情况。该方法便于实现且计算量较低，可以用于快速判断阴影区域，但该方法是建立在雷达波束为平面波的假设之上，当SAR平台与目标场景的距离较近，波束宽度较大时，平面波假设将导致阴影判断出现较大误差。
[0005]针对上述问题，有研究人员提出了改进的下视角比较法，基于球面波假设，通过对雷达波束进行两维划分，在每个方位波束网格内根据下视角比较进行阴影判断，遍历所有方位角度后得到三维场景的阴影区域，但不能保证同一方位波束网格上的所有目标点都在同一视线内，导致许多目标点无法判断。而如果将波束划分的足够细时，会导致在部分子波束内只有一个目标点，此时基于下视角比较的方法不再适用。
[0006]在上述的方法基础上，文献“Z.Chen，Z.Zeng，Y.Huang，J.Wan and X.Tan，SAR Raw Data Simulation for Fluctuant Terrain：A New Shadow Judgment Method and Simulation Result Evaluation Framework，IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，vol.60，pp.1
‑
18，2022”提出了一种动态遮挡判断方法，对目标点前一距离单元内的下视角进行一维线性插值，使得在当前目标点的视线内可以使用下视角比较的方法进行遮挡判断，并在完成判断后更新当前点的下视角，用于下一距离单元目标点的遮挡判断。该方法避免了上文中波束网格不够细化和网格内只有一个目标点的问题，但通过插值的方式得到各目标点视线上的下视角，每插值一次都会引入插值误差，随着插值次数的增加，距离雷达平台较远的目标点的阴影可能出现较大的误差，会一定程度上平滑掉起
伏地形轮廓的阴影，导致阴影判断结果不够精确。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种起伏地形SAR阴影判断方法。
[0008]本专利技术的技术方案为：一种起伏地形SAR阴影判断方法，具体步骤如下：
[0009]A.获取待模拟区域的DEM数据，根据小面单元模型拟合场景小面单元，
[0010]设DEM的间隔为ρ，DEM中某一区域的小面单元由相邻的4个点A、B、C、D组成，假设四个点的坐标分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)、(x4，y4，z4)。
[0011]其中，x1＝x2，x3＝x4，y1＝y4，y2＝y3，设这四个点拟合得到的小面单元面元方程为z＝ax+by+c，利用最小二乘原理，建立目标函数x
i
、y
i
、z
i
为小面单元四个顶点的坐标位置，令可得到拟合小面单元的系数a、b、c，进而可以计算得到小面单元中心坐标z0＝a
·
x0+b
·
y0+c。
[0012]B.根据步骤A中得到的拟合小面单元中心坐标，结合SAR平台与场景的几何位置关系，计算某一方位时刻各小面单元的斜视角θ和下视角
[0013]SAR平台位置坐标为(X
t
，Y
t
，Z
t
)，因此拟合小面单元的斜视角为下视角为其中，R为拟合小面单元中心到雷达载机的斜距，sin
‑1[]为反正弦函数。
[0014]C.根据步骤B中的θ和结合SAR波束中心的斜视角、下视角，波束方位宽度和俯仰宽度确定当前时刻的照射范围，
[0015]根据雷达波束中心斜视角θ
sq
、下视角和波束方位宽度θ
azi
、俯仰宽度确定波束在方位向和俯仰向的照射范围：
[0016][0017]其中，rect[]为矩形窗函数。
[0018]D.对步骤C中波束照射范围内的任一小面单元P(x
p
，y
p
，z
p
)，计算其到雷达载机的视线路径上各小面单元相应的高度，
[0019]设任一小面单元P(x
p
，y
p
，z
p
)到雷达载机的波束视线路径上有N个小面单元Q
j
(j＝1，2，...，N)，对应的小面单元系数为a
j
、b
j
、c
j
。而波束视线在地面上投影的斜率为因此Q
j
在视线路径上的Y轴坐标为y
j
＝k
·
x
j
+Y
t
，其中，x
j
＝x
p
‑
(N
‑
j+1)
·
p，根据拟合小面单元方程可计算得到小面单元在视线路径上对应的高度h
j
＝a
j
·
x
j
+b
j
·
y
j
+c
j
。
[0020]E.根据步骤D中得到的各小面单元高度计算对应的下视角，并通过比较下视角大小判断P(x
p
，y
p
，z
p
)的遮挡情况，
[0021]根据下视角公式计算各小面单元对应的下视角(j＝1，2，...，N)，其中，步骤D中计算得到的点(x
j
，y
j
，h
j
)到雷达载机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种起伏地形SAR阴影判断方法，具体步骤如下：A.获取待模拟区域的DEM数据，根据小面单元模型拟合场景小面单元，设DEM的间隔为ρ，DEM中某一区域的小面单元由相邻的4个点A、B、C、D组成，假设四个点的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)；其中，x1＝x2，x3＝x4，y1＝y4，y2＝y3，设这四个点拟合得到的小面单元面元方程为z＝ax+by+c，利用最小二乘原理，建立目标函数x
i
、y
i
、z
i
为小面单元四个顶点的坐标位置，令可得到拟合小面单元的系数a、b、c，进而可以计算得到小面单元中心坐标z0＝a
·
x0+b
·
y0+c；B.根据步骤A中得到的拟合小面单元中心坐标，结合SAR平台与场景的几何位置关系，计算某一方位时刻各小面单元的斜视角θ和下视角SAR平台位置坐标为(X
t
,Y
t
,Z
t
)，拟合小面单元的斜视角为下视角为其中，R为拟合小面单元中心到雷达载机的斜距，sin
‑1[]为反正弦函数；C.根据步骤B中的θ和结合SAR波束中心的斜视角、下视角，波束方位宽度和俯仰宽度确定当前时刻的照射范围，根据雷达波束中心斜视角θ
sq
、下视角和波束方位宽度θ
azi
、俯仰宽度确定波束在方位向和俯仰向的照射范围：其中，rect[]为矩形窗函数；D.对步骤C中波束照射范围内的任一小面单元P(x
p
,y
p
,z
p
)，计算其到雷达载机的视线路径上各小面单元相应的高度，设任一小面单元P(x
p
,y
p
,z
p
)到雷达载机的波束视线路径上有N个小面单元Q
j
(j＝1，2，
…
，N)，对应的小面单元系数为a<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文超，刘丹，陶晓君，曹正蕤，李中余，武俊杰，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：