一种针对聚束模式星载SAR图像的几何校正方法技术

本发明专利技术公开了一种针对聚束模式星载SAR图像的几何校正方法，包括步骤一：读入相关参数和回波数据，建立定位方程，步骤二：根据星地空间几何关系计算雷达照射中心时刻卫星位置矢量、速度矢量在不转动地心坐标系下的坐标，步骤三：完成斜距与多普勒频率的修正处理，步骤四：获取星载SAR图像中某一像素点(i，j)，在不转动坐标系中的坐标及经纬度，步骤五：判断星载SAR图像像素点是否全部处理完毕，步骤六：重新划分经纬度网格，输出几何校正结果。本方法对星载SAR图像采用逐行处理方式进行图像几何校正，由于星载SAR图像行与行之间的处理过程完全独立，故可根据需要对星载SAR图像进行分块处理，进一步提高处理效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理领域，涉及ー种图像几何校正方法，特别涉及聚束模式的星载SAR图像高精度几何校正方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)卫星近些年来发展迅速，由于SAR卫星不受天气、地理、时间等因素的限制，能够对地进行全天时的观测，且具有一定的穿透力，因而被广泛的应用于军事侦察、地形测绘、资源探測、海洋观测、生态监测、自然灾害监测、快速救援等方面。随着星载SAR的发展，对星载SAR图像的质量要求也越来越高，这不仅要求雷达图像具有高的空间分辨率，还要求雷达图像具有较高的几何保真和辐射保真。其中对星载SAR 图像产品进行几何校正是星载SAR图像处理ー个内容，具有广泛的应用前景，例如地形测绘、军事侦察、资源探測、图像拼接等。对于星载SAR图像，目前常用的系统级几何校正基本可以分为两类1、基于距离-多普勒(R-D)定位模型的几何校正正算方法基于距离-多普勒(R-D)定位模型的方法是ー种精确的SAR图像几何校正方法， 其核心是利用了 3个方程求解SAR图像中的像素在转动地心坐标系下的坐标，进而获取该像素位置所对应的经纬度，最后通过图像重采样技术完成几何校正，3个方程分别为地球椭球模型方程、斜距方程及多普勒方程。由于该方程组为非线性方程組，需要利用数值分析的方法求解得出该非线性方程组的近似值。2、基于简化星载SAR空间几何模型的几何校正反算方法由于距离-多普勒(R-D)定位模型需要使用迭代计算来求解非线性方程组，这一方面増加了计算量，另ー方面还存在一个迭代算法的收敛性能问题。在不影响应用的前提下对模型进行各种近似，进而获取某种条件下的显示解。在任意给定ー个用经纬度表示的地面位置后，通过计算找到其在星载SAR图像中的像素位置，再通过图像重采样技术完成几何校正。这种方法虽然提高了处理效率，但处理精度受到了很大的影响，难以实现星载 SAR图像的高精度几何校正。然而不管是基于距离-多普勒(R-D)定位模型的几何校正正算方法还是基于简化星载SAR空间几何模型的几何校正反算方法，都是针对于星载条带模式提出，当将该算法应用于聚束工作模式或滑动聚束工作模式吋，由于天线波束照射角度的变化会导致定位处理时的方程參数发生失配，进而产生较大的定位误差，因此，传统的定位处理算法并不适用于聚束工作模式或滑动聚束工作模式的定位处理。星地6个坐标系之间的转换关系为首先说明星地转换6个坐标系的定义1.不转动的地心坐标系E。坐标原点地球球心Z轴沿地球的自转轴指向正北极X轴在赤道平面内，指向春分点Y轴在赤道平面内，使该坐标系构成右手直角坐标系不转动的地心坐标系是在不转动的地心赤道參考系(惯性參考系)中建立的直角坐标系。2.转动的地心坐标系も坐标原点地球球心Z轴沿地球的自转轴指向正北极X轴在赤道平面内，通过格林威治子午线上半分支Y轴在赤道平面内，使该坐标系构成右手坐标系3.卫星轨道平面坐标系Ev坐标原点卫星椭圆轨道的ー个焦点(即地球球心)Z轴垂直于卫星轨道平面，正向指向卫星的角动量矢量方向Y轴在卫星平面内，正向指向近心点X轴在卫星轨道平面内，使该坐标系构成右手直角坐标系4.卫星平台坐标系Er坐标原点卫星质心Z轴垂直于卫星轨道平面，正向指向卫星的角动量矢量方向X轴在卫星轨道平面内，陀螺平台住纵轴方向(卫星的设计分性方向)Y轴在卫星轨道平面内，使该坐标系构成右手直角坐标系5.卫星星体坐标系Ee坐标原点卫星质心；X轴沿卫星星体纵轴方向(卫星的真实飞行方向)Y轴、Z轴沿卫星星体的另外两个惯性主轴方向6.天线坐标系Ea坐标原点天线相位中心点；X轴正向指向卫星的真实飞行方向；Y轴沿天线瞄准线，指向地球方向为正向；Z轴右手准则给出，使该坐标系构成右手直角坐标系。其次说明星地六个坐标系之间的转换关系0S >^vo 、-c^rv Vtj^er 、^ae 、EEa EEEEg<- °<- v<- r<- e<- fl■^go]σν^vr^re]ea坐标系转换如上式所示，Aog为Ag。的逆矩阵(Ag。· Aog = I)，以下类同。1.转动的地心坐标系Eg/不转动的地心坐标系E。Eg = Ago · E0不转动的地心坐标系E。绕轴逆时针转过ー个春分点的格林威治时角He就得到转动的地心坐标系E 。权利要求1. 一种针对聚束模式星载SAR图像的几何校正方法，其特征在干，包括以下几个步骤 步骤一读入相关參数和回波数据，在星地空间几何关系基础上，建立由斜距方程、多普勒方程、地球模型方程三个方程組成的定位方程，具体步骤又分为A、读入几何校正參数，包括星历參数和多普勒參数偏心率e、半长轴a、升交点赤径Ω、近地点幅角ω、轨道倾角i、过近心点时刻τ、偏航角Ψ、俯仰角θ、横滚角Φ、雷达照射中心时刻、、波长λ、多普勒中心频率ち。、多普勒调频率·/:。、參考斜距Rmin、斜视角 Φ、信号采样率fs、脉冲重复频率prf，地面目标在不转动地心坐标系下的大致坐标矩阵B、读入星载SAR图像回波信号数据和SAR图像大小；C、建立由斜距方程、多普勒方程、地球模型方程組成的非线性定位方程組；步骤ニ根据星地空间几何关系计算雷达照射中心时刻卫星位置矢量、速度矢量在不转动地心坐标系下的坐标；步骤三利用聚束工作模式或滑动聚束工作模式的成像原理来对星载SAR图像中像素点(i，j)，其中i为行数，j为列数，完成斜距与多普勒频率的修正处理，具体处理过程分別为Α、根据像素点(i，j)的位置与场景中心点位置的关系，计算该像素点与传感器的斜距；B、对像素点(i，j)，通过利用參考点的多普勒中心频率和多普勒调频率来修正不同目标点的多普勒频率；步骤四对星载SAR图像中某一像素点(i，j)，其中i为行数、j为列数，读入其对应的斜距和多普勒频率，用牛顿迭代处理求解非线性方程組，解出该像素点在不转动坐标系中的坐标Ut，yt, zt)，最后求出该像素点对应的经纬度，具体步骤又分为A、读入卫星位置矢量、速度矢量在不转动地心坐标系中的坐标；B、读入待定位像素点对应的多普勒频率和斜距；C、将读取的数据带入到步骤ー的非线性方程组中，分别对未知量Ut，yt,zt)进行求导运算，得到3乘3的雅各比矩阵；D、通过雅各比矩阵与待定位点在不转动地心坐标系中的坐标初始值矩阵，计算得到新的近似值矩阵；Ε、将新的近似值矩阵带入三个非线性定位方程，判断三个方程的值是否符合精度要求；F、将E中求解出的像素点在不转动坐标系中的坐标转换到转动地心坐标系下，进而求出该像素点所对应的经纬度；步骤五判断星载SAR图像像素点是否全部处理完毕；若没有处理完毕，则返回步骤3 继续执行；若全部处理完毕，则继续进行步骤六；步骤六通过图像重采样处理技术完成图像的几何校正处理，即重新划分经纬度网格，将原始图像中的像素点对应到新的经纬度网格中，输出几何校正結果，其具体步骤又分为Α、利用之前求出的各像素点的经纬度，找出场景中经纬度的最值；B、根据经纬度最值和像素点个数得到重新划分后相邻像素的经纬度间隔；C、将原始图像中的像素点的图像数据传递给新的经纬度网格对应的像素点中；D、输出几何校正结果图和校正后的SAR图像数据。2.根据权利要求1所述的ー种针对聚束模式星载SAR图像的几何校正方法，其特征在干，所述的步骤一中，參数通过SAR图像相关信息本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏波，门志荣，陈杰，杨威，李春升，刘月珊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：