[發(fā)明專利]一種針對聚束模式星載SAR圖像的幾何校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110433361.1
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN102565797A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鵬波;門志榮;陳杰;楊威;李春升;劉月珊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/40
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及一種圖像幾何校正方法，特別涉及聚束模式的星載SAR圖像高精度幾何校正方法。

背景技術(shù)

合成孔徑雷達(dá)(SAR)衛(wèi)星近些年來發(fā)展迅速，由于SAR衛(wèi)星不受天氣、地理、時(shí)間等因素的限制，能夠?qū)Φ剡M(jìn)行全天時(shí)的觀測，且具有一定的穿透力，因而被廣泛的應(yīng)用于軍事偵察、地形測繪、資源探測、海洋觀測、生態(tài)監(jiān)測、自然災(zāi)害監(jiān)測、快速救援等方面。

隨著星載SAR的發(fā)展，對星載SAR圖像的質(zhì)量要求也越來越高，這不僅要求雷達(dá)圖像具有高的空間分辨率，還要求雷達(dá)圖像具有較高的幾何保真和輻射保真。其中對星載SAR圖像產(chǎn)品進(jìn)行幾何校正是星載SAR圖像處理一個(gè)內(nèi)容，具有廣泛的應(yīng)用前景，例如：地形測繪、軍事偵察、資源探測、圖像拼接等。對于星載SAR圖像，目前常用的系統(tǒng)級幾何校正基本可以分為兩類：

1、基于距離-多普勒(R-D)定位模型的幾何校正正算方法

基于距離-多普勒(R-D)定位模型的方法是一種精確的SAR圖像幾何校正方法，其核心是利用了3個(gè)方程求解SAR圖像中的像素在轉(zhuǎn)動(dòng)地心坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，進(jìn)而獲取該像素位置所對應(yīng)的經(jīng)緯度，最后通過圖像重采樣技術(shù)完成幾何校正，3個(gè)方程分別為地球橢球模型方程、斜距方程及多普勒方程。由于該方程組為非線性方程組，需要利用數(shù)值分析的方法求解得出該非線性方程組的近似值。

2、基于簡化星載SAR空間幾何模型的幾何校正反算方法

由于距離-多普勒(R-D)定位模型需要使用迭代計(jì)算來求解非線性方程組，這一方面增加了計(jì)算量，另一方面還存在一個(gè)迭代算法的收斂性能問題。在不影響應(yīng)用的前提下對模型進(jìn)行各種近似，進(jìn)而獲取某種條件下的顯示解。在任意給定一個(gè)用經(jīng)緯度表示的地面位置后，通過計(jì)算找到其在星載SAR圖像中的像素位置，再通過圖像重采樣技術(shù)完成幾何校正。這種方法雖然提高了處理效率，但處理精度受到了很大的影響，難以實(shí)現(xiàn)星載SAR圖像的高精度幾何校正。

然而不管是基于距離-多普勒(R-D)定位模型的幾何校正正算方法還是基于簡化星載SAR空間幾何模型的幾何校正反算方法，都是針對于星載條帶模式提出，當(dāng)將該算法應(yīng)用于聚束工作模式或滑動(dòng)聚束工作模式時(shí)，由于天線波束照射角度的變化會(huì)導(dǎo)致定位處理時(shí)的方程參數(shù)發(fā)生失配，進(jìn)而產(chǎn)生較大的定位誤差，因此，傳統(tǒng)的定位處理算法并不適用于聚束工作模式或滑動(dòng)聚束工作模式的定位處理。

星地6個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

首先說明星地轉(zhuǎn)換6個(gè)坐標(biāo)系的定義

1.不轉(zhuǎn)動(dòng)的地心坐標(biāo)系E_o

坐標(biāo)原點(diǎn)：地球球心

Z軸：沿地球的自轉(zhuǎn)軸指向正北極

X軸：在赤道平面內(nèi)，指向春分點(diǎn)

Y軸：在赤道平面內(nèi)，使該坐標(biāo)系構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系

不轉(zhuǎn)動(dòng)的地心坐標(biāo)系是在不轉(zhuǎn)動(dòng)的地心赤道參考系(慣性參考系)中建立的直角坐標(biāo)系。

2.轉(zhuǎn)動(dòng)的地心坐標(biāo)系E_g

坐標(biāo)原點(diǎn)：地球球心

Z軸：沿地球的自轉(zhuǎn)軸指向正北極

X軸：在赤道平面內(nèi)，通過格林威治子午線上半分支

Y軸：在赤道平面內(nèi)，使該坐標(biāo)系構(gòu)成右手坐標(biāo)系

3.衛(wèi)星軌道平面坐標(biāo)系E_v

坐標(biāo)原點(diǎn)：衛(wèi)星橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)(即地球球心)

Z軸：垂直于衛(wèi)星軌道平面，正向指向衛(wèi)星的角動(dòng)量矢量方向

Y軸：在衛(wèi)星平面內(nèi)，正向指向近心點(diǎn)

X軸：在衛(wèi)星軌道平面內(nèi)，使該坐標(biāo)系構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系

4.衛(wèi)星平臺坐標(biāo)系E_r

坐標(biāo)原點(diǎn)：衛(wèi)星質(zhì)心

Z軸：垂直于衛(wèi)星軌道平面，正向指向衛(wèi)星的角動(dòng)量矢量方向

X軸：在衛(wèi)星軌道平面內(nèi)，陀螺平臺住縱軸方向(衛(wèi)星的設(shè)計(jì)分性方向)

Y軸：在衛(wèi)星軌道平面內(nèi)，使該坐標(biāo)系構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系

5.衛(wèi)星星體坐標(biāo)系E_e

坐標(biāo)原點(diǎn)：衛(wèi)星質(zhì)心；

X軸：沿衛(wèi)星星體縱軸方向(衛(wèi)星的真實(shí)飛行方向)

Y軸、Z軸：沿衛(wèi)星星體的另外兩個(gè)慣性主軸方向

6.天線坐標(biāo)系E_a

坐標(biāo)原點(diǎn)：天線相位中心點(diǎn)；

X軸：正向指向衛(wèi)星的真實(shí)飛行方向；

Y軸：沿天線瞄準(zhǔn)線，指向地球方向?yàn)檎颍?/p>

Z軸：右手準(zhǔn)則給出，使該坐標(biāo)系構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。

其次說明星地六個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系