一种星载SAR图像的严密共线方程模型制造技术

本发明专利技术公开了一种基于星载ＳＡＲ图像的严密共线方程模型。该模型针对地球椭球模型进行推导，将ＳＡＲ图像每个方位向构建一个虚拟的投影中心，推导出虚拟投影中心传感器外参数及等效焦距的计算方法，以及斜距图像到中心投影图像的改化方法。该方法解决了：（１）近似共线方程模型的不严密问题；（２）传感器外参数未知、需要地面控制点进行图像的地理编码问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合成孔径雷达成像几何模型领域，具体地说，是建立了一种星载SAR图像的严密共线方程模型。
技术介绍
SAR图像的成像几何模型是斜距成像，通常不能直接采用共线方程模型对SAR图像目标进行定位。大多数情况下摄影测量学者采用SAR图像的近似共线方程模型可以对SAR图像进行定位，但是由于采用的模型是近似的，这将直接导致图像定位的不准确。目前，还出现了SAR严密共线方程模型，这种模型在将地球表面近似为平面的基础上推导的，而没有采用地球椭球模型，因此这种严密共线方程模型对于机载SAR图像是严密的，而对于星载SAR图像本质上还是近似的。
技术实现思路
本专利技术解决星载SAR图像成像几何模型的近似问题，根据地球椭球模型推导出了星载SAR图像的严密共线方程模型，是一种真正意义上星载SAR的严密共线模型。 本专利技术的星载SAR图像的严密共线方程模型建立步骤如下 (1)建立投影中心如图1所示，将每个方位向的近距目标和斜距图像的近距离门连线AA′，并将远距目标和斜距图像的远距离门连线BB′，其中线段A′B′就是斜距图像，而弧线AB是SAR天线距离向照射范围。将线段AA′和BB′延长，交于O′点。O′点就是根据斜距图像建立的投影中心。 (2)投影中心外参数计算根据(1)建立的投影中心O′，以及投影中心O′相对SAR天线相位中心位置O，计算投影中心的外参数。投影中心的外参数包括投影中心的位置矢量、姿态余弦。外参数的计算是为了满足在没有控制点的情况下对地准确定位。 (3)斜距图像改化完成上述(1)、(2)步骤后，还必须给出斜距图像上任一点和相应地面点的几何构象关系。如图1、图2所示，针对点目标P，P点不是在地球椭球表面上，而是在该地区地球椭球径向方向延长线上，径向高度为hp的位置，其对应的半径为Re+hp，斜距为Rp，则该目标在斜距图像中的位置为P1，而在中心投影图像中的位置为P2，因此需要将斜距图像P1点改化到P2点才能严格反映中心投影的构象关系。 本专利技术建立的星载SAR图像严密共线方程模型的优点(1)本专利技术建立的模型采用了地球椭球模型，并且将斜距图像改化成中心投影图像，建立了严格意义上的严密共线方程模型。(2)本专利技术推导出了投影中心外参数的计算公式，满足了没有控制点的对地定位。 附图说明 图1为本专利技术的星载SAR图像严密共线方程原理； 图2为星载SAR斜距图像改化细节图。 具体实施例方式 下面结合附图对本专利技术的星载SAR严密共线方程模型进行详细说明。 本专利技术提供的全星载SAR严密共线方程模型是通过以下步骤来实现的，如图1所示。成像处理得到的SAR图像是斜距图像，图1给出了一个方位向获取的SAR图像几何示意图。Q点位地球坐标原点，O点为SAR传感器天线相位中心所在的位置，并设SAR卫星飞行高度为H，其星下点为E点，A、B点分别是SAR图像的近距点和远距点。O、Q、A、B四点在同一平面内，在该平面过O点做垂线OG，并在OG上找到A′、B′点，使得OA和OA′相等，OB和OB′相等。分别将A和A′点，以及B和B′点连接，并延长他们后相交可以得到O′点。由于A、A′和O′点三点共线以及B、B′和O′点三点共线，因此O′点可以看成是光线会聚的摄影中心点。过O′点作OQ的平行线，同时，过Q点做OG的平行线，两线相交于点C。分别过近距点A和远距点B作OG的平行线，与OQ和O′C交于点D、D′及点F、F′。则O′G就是以O′为摄影中心点而获取地面AB的图像A′B′所对应的焦距f，O′Q和O′C的夹角θL就是以O′为摄影中心点的传感器侧摆角度。 步骤一、等效焦距的计算如图1所示，设SAR天线的飞行高度为OE＝H，地球半径为Re，由于近地点斜距OA＝RN已知，远距点斜距OB＝RF＝RN+(c/2fs)Nr，其中c表示光速，fs为SAR系统采样频率，Nr为SAR图像距离向的点数。故可以计算出近地点和远距点视角 (1) 由于OA＝OA′和OA′相等，所以△OAA′为等腰三角形，同时由于A′B′平行于DD′，并设角度∠OA′A＝α，∠OB′B＝β，根据几何关系可以得到 同理可以得到 在三角形△O′AB中，有 ∠AO′B＝∠A′O′B′＝β-α (5) 在三角形△O′BF′中，有 在三角形△ABQ中，QA＝QB，有 AB＝2Recos∠QAB (8) (10) 所以 (11) 而 DF＝RFcosθF-RNcosθN＝RFsin(2β)-RNsin(2α) (12) 有 将式(6)、(7)、(11)及(13)带入式(4)，令 ρ＝RFsin(2β)-RNsin(2α) (15) 简化后就可以得到焦距的计算公式 (16) 步骤二、投影中心外参数计算(a)计算侧摆角度θL；(b)计算姿态余弦，SAR卫星的星体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵计算姿态余弦；(c)根据侧摆角度以及SAR传感器的位置矢量计算投影中心的位置矢量。 (a)侧摆角度 (b)姿态余弦的计算 设SAR卫星的星体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵为Aoe，投影中心传感器坐标系与惯性坐标系之间的转换矩阵就是SAR卫星的星体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵Aoe。因此光学投影中心姿态参数构成的方向余弦参数为AoeT。 Aoe＝AovAvrAre(18) 其中Aov、Avr、Are分别为轨道坐标系到惯性坐标系、星体坐标系到轨道坐标系、传感器坐标系到星体坐标系的转换矩阵。 (c)投影中心位置的计算 星体坐标系原点与天线中心O重合，在星体坐标系下 设天线中心在星体坐标系下的位置矢量为Rse，则投影中心在星体坐标系的位置矢量R′se为 R′se＝Rse+ΔR′se(20) 最后，根据星体坐标系到惯性坐标系的转换关系，可以得到中心投影在惯性坐标系位置矢量Ro Ro＝AoeR′se (21) 步骤三、星载SAR斜距图像的改化 计算得到等效焦距后，还必须给出斜距图像上任一点和相应地面点的几何构象关系。如图1、图2所示，设P为SAR图像上的任意一点，其对应的地球半径为Re+hp，则同斜距为Rp，则该目标在斜距图像中的位置为P1，而在中心投影图像中的位置为P2，因此需要将斜距图像P1点改化到P2点才能严格反映中心投影的构象关系。改化方法如下，同上，在三角形△OPQ中，得到该点的视角 则 P1P2＝Rpcosθp(cottan∠P2PM′-cottan∠P1PM′) (23) 而 将式(22)、(24)及(25)带入式(23)，得到点P的改化值 (26) SAR图像上的每个像素点采用上面的公式进行改化，即可以将斜距图像严格转换成中心投影获取的图像，也就能实现SAR斜距成像方式向中心投影方式的严密转换，即斜距图像的距离向坐标x经过如下公式改化可以得到中心投影图像飞行旁向的坐标x′ x′＝x+P1P2＝Rpsinθp+P1P2-3RNcos2α-RNsin本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载ＳＡＲ图像的严密共线方程模型，其特征在于包括以下步骤：　（１）等效焦距计算：根据星载ＳＡＲ斜距图像上远距和近距的斜距，构建投影中心，计算等效焦距；　（２）外参数计算：针对第（１）步构建的投影中心，计算该投影中心的传感器外 参数，其中外参数包括投影中心在惯性坐标系下的位置矢量及姿态余弦；　（３）斜距图像改化：计算第（１）步的投影中心和图像距离向每个距离门象素点的严密改化值，将斜距图像改化成满足严密共线方程模型的中心投影图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧，周荫清，徐华平，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]