[发明专利]基于先验DEM数据的星载SAR图像几何精校正方法

摘要

本发明公开了一种基于先验DEM数据的星载SAR图像几何精校正方法，其主要思路为：获取待校正的实际星载SAR图像，并建立待校正的实际星载SAR图像的距离多普勒模型，记为成像模型，然后利用所述成像模型对待校正的实际星载SAR图像中的P×N个像素点分别进行定位，分别得到待校正的实际星载SAR图像P×N个像素点各自的定位坐标；根据待校正的实际星载SAR图像P×N个像素点各自的定位坐标，进而计算待校正的实际星载SAR图像P×N个像素点各自的电磁波入射角，以及最终反演的理想星载SAR图像Sima；分别计算待校正的实际星载SAR图像相对于Sima在方位向的像素偏差量n_a，以及待校正的实际星载SAR图像相对于Sima在距离向的像素偏差量n_r，进而计算得到几何精校正后的实际星载SAR图像。

主权项

1.一种基于先验DEM数据的星载SAR图像几何精校正方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，获取待校正的实际星载SAR图像，所述待校正的实际星载SAR图像为P×N维矩阵，P表示待校正的实际星载SAR图像的方位向包含的像素点个数，N表示待校正的实际星载SAR图像的距离向包含的像素点个数，P、N分别为大于0的正整数；/n步骤2，建立待校正的实际星载SAR图像的距离多普勒模型，记为成像模型，然后利用所述成像模型对待校正的实际星载SAR图像中的P×N个像素点分别进行定位，分别得到待校正的实际星载SAR图像中P×N个像素点各自的定位坐标；/n步骤2的子步骤为：/n2.1 建立待校正的实际星载SAR图像的距离多普勒模型，在所述距离多普勒模型中，卫星沿着自身轨道飞行，且卫星自带的GPS会对星载雷达的空间位置坐标进行记录，星载雷达位于卫星上，星载雷达的空间位置包括M个点，M个点各自的坐标都是WGS84坐标系中的坐标，WGS84坐标系的原点是地球的中心；赤道和0度经线的交点，与地球中心的连线构成WGS84坐标系的X轴；北极点和地球的中心连线构成WGS84坐标系的Z轴，再由右手坐标系原则确定出WGS84坐标系的Y轴；将星载雷达的空间位置包括的M个点中第i个点记为S_i，i＝1,2,3,...,M，第i个点的坐标为(X_i,Y_i,Z_i)，X_i表示第i个点S_i在WGS84坐标系的X轴坐标值，Y_i表示第i个点S_i在WGS84坐标系的Y轴坐标值，Z_i表示第i个点S_i在WGS84坐标系的Z轴坐标值；将M个点各自的坐标记为星载雷达POS数据，星载雷达POS数据对应包括M个POS数据；将M个点各自的坐标进行逐点连接后形成星载雷达航迹；/n根据星载雷达POS数据，并由速度和位移关系，计算得到星载雷达的空间位置中第l个点处的瞬时速度PRF表示为脉冲重复频率,S_l+1表示第l+1个点,S_l表示第l个点,M表示星载雷达的空间位置包含的点个数,与POS数据个数取值相等；/n星载雷达在卫星轨道上飞行的过程中，会向地面发射电磁波，星载雷达发射的电磁波照射到地面上时也会形成一个椭圆的照射区域，随着星载雷达从第1个POS数据到第M个POS数据运动，该椭圆的照射区域会在地面上移动形成一个长方形条带，将所述长方形条带记为SAR图像成像区域；/n将与星载雷达航迹平行的SAR图像成像区域的对应方向,记作SAR图像成像区域的方位向；将与星载雷达航迹垂直的SAR图像成像区域的对应方向,记作SAR图像成像区域的距离向，且SAR图像成像区域对应待校正的实际星载SAR图像，待校正的实际星载SAR图像的方位向包含P个像素点，待校正的实际星载SAR图像的距离向包含N个像素点，则待校正的实际星载SAR图像为P×N维矩阵；/n2.2 将待校正的实际星载SAR图像中第m行、第n列处的像素点记作T_mn，T_mn的坐标记作(X_mn,Y_mn,Z_mn),X_mn表示待校正的实际星载SAR图像中第m行、第n列处的像素点在WGS84坐标系的X轴坐标值，Y_mn表示待校正的实际星载SAR图像中第m行、第n列处的像素点在WGS84坐标系的Y轴坐标值，Z_mn表示待校正的实际星载SAR图像中第m行、第n列处的像素点在WGS84坐标系的Z轴坐标值；/n星载雷达空间位置包含的点个数与待校正的实际星载SAR图像的方位向包含的像素数个数取值相同，且一一对应；/n2.3 使用迭代法对待校正的实际星载SAR图像中第m行、第n列处的像素点T_mn进行定位，T_mn的坐标为(X_mn,Y_mn,Z_mn)，n＝1,2,3,…,N，m＝1,2,3,…,P，P表示待校正的实际星载SAR图像的方位向包含的像素点个数，N表示待校正的实际星载SAR图像的距离向包含的像素点个数，m和n的初始值分别为1；/n初始化：令f表示第f次迭代，f的初始值为1，令h₀表示待校正的实际星载SAR图像中每个像素点的海拔高度预设值，其中每个像素点分别为SAR图像场景中每个像素点；设定待校正的实际星载SAR图像中包含J个像素点，令j表示第j个像素点，j∈{1,2,…,J}，j的初始值为1，J＝P×N；/n2.4 根据第f-1次迭代后第j个像素点的海拔高度预设值h_f-1，得到如下方程组：/n /n其中，X_i表示第i个点S_i在WGS84坐标系的X轴坐标值，X_jf表示第f次迭代后第i个点S_i在WGS84坐标系的X轴坐标值，Y_i表示第i个点S_i在WGS84坐标系的Y轴坐标值，Y_jf表示第f次迭代后第i个点S_i在WGS84坐标系的Y轴坐标值，Z_i表示第i个点S_i在WGS84坐标系的Z轴坐标值，Z_jf表示第f次迭代后第i个点S_i在WGS84坐标系的Z轴坐标值，表示第f次迭代后第i个点S_i和待校正的实际星载SAR图像中第j个像素点之间的斜距，f_djf表示第f次迭代后第i个点S_i和待校正的实际星载SAR图像中第j个像素点之间的斜距对应的多普勒频率，表示星载雷达的空间位置中第i个点处的瞬时速度矢量，表示第f次迭代后第i个点S_i和待校正的实际星载SAR图像中第j个像素点之间的斜距矢量，→表示矢量，λ表示星载雷达载频对应的波长，| |表示求绝对值操作，R_e表示地球的赤道半径，h_j(f-1)表示第f-1次迭代后第j个像素点的海拔高度预设值，R_p表示地球的极地半径；/n求解以上方程组，计算得到第f次迭代后第j个像素点的坐标(X_jf,Y_jf,Z_jf)，所述第f次迭代后第j个像素点的坐标(X_jf,Y_jf,Z_jf)是在WGS84坐标系中的，将(X_jf,Y_jf,Z_jf)转换到经纬度坐标系中，得到第f次迭代后第j个像素点的经纬度坐标(L_jf,B_jf,H_jf)，其中L_jf为第f次迭代后第j个像素点的经度，B_jf为第f次迭代后第j个像素点的纬度，H_jf为第f次迭代后第j个像素点的海拔高度；/n然后利用SRTM库中的DEM数据确定地球上经纬度(L_jf,B_jf)对应的海拔高度H_jf'，H_jf'为经纬度(L_jf,B_jf)对应的标准海拔高度,且此时的第f-1次迭代后第j个像素点的海拔高度预设值h_f-1和H_jf'不相等；/n2.5 如果|h_f-1-H_jf'|≥ε₀,ε₀表示设定的门限阈值，则令f加1，将经纬度(L_jf,B_jf)对应的海拔高度H_jf'作为第f-1次迭代后第j个像素点的海拔高度预设值h_f-1，返回2.4；/n如果|h_f-1-H_jf'|<ε₀，则迭代停止，并将迭代停止时得到的第f次迭代后第j个像素点的坐标(X_jf,Y_jf,Z_jf)，作为待校正的实际星载SAR图像中第j个像素点的定位坐标；/n2.6 令j加1，返回2.4，直到得到待校正的实际星载SAR图像中第1个像素点的定位坐标至待校正的实际星载SAR图像中第J个像素点的定位坐标，此时求得了待校正的实际星载SAR图像中J个像素点各自的定位坐标，完成了待校正的实际星载SAR图像中J个像素点各自的准确定位，J＝P×N，即得到待校正的实际星载SAR图像中P×N个像素点各自的定位坐标；/n步骤3，根据待校正的实际星载SAR图像中P×N个像素点各自的定位坐标，计算得到待校正的实际星载SAR图像中P×N个像素点各自的电磁波入射角；/n步骤4，根据待校正的实际星载SAR图像中P×N个像素点各自的电磁波入射角对待校正的实际星载SAR图像进行反演，得到最终反演的理想星载SAR图像；/n步骤5，分别计算待校正的实际星载SAR图像相对于最终反演的理想星载SAR图像在方位向的像素偏差量n_a，以及待校正的实际星载SAR图像相对于最终反演的理想星载SAR图像在距离向的像素偏差量n_r；/n步骤6，根据待校正的实际星载SAR图像相对于最终反演的理想星载SAR图像在方位向的像素偏差量n_a，以及待校正的实际星载SAR图像相对于最终反演的理想星载SAR图像在距离向的像素偏差量n_r，对待校正的实际星载SAR图像进行几何精校正，得到几何精校正后的实际星载SAR图像。/n