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专利号: 2020109990017
申请人: 江苏师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法,其特征在于,利用合成孔径雷达影像和DEM的匹配结果标定方位向时间和距离向时间,其具体操作步骤包括如下:步骤(1.1)、获取目标区域的航空合成孔径雷达影像和POS观测值,或航天合成孔径雷达影像和轨道位置、速度信息,以及目标区域的DEM数据;

步骤(1.2)、对合成孔径雷达影像进行多视处理,根据多视后影像的分辨率对DEM重采样;

步骤(1.3)、根据雷达天线与目标的相对位置关系,计算DEM中每一个像元的回波强度,从而生成地理坐标系下的仿真影像;

步骤(1.4)、根据R‑D模型和DEM中的高程信息,将地理坐标系下的仿真影像采样到影像坐标系下;

步骤(1.5)、在影像中心取较大窗口,采用相关函数法配准仿真影像与真实影像配准,获得方位向偏移量和距离向偏移量;

步骤(1.6)、根据方位向偏移量和方位向重复采样频率,计算方位向时间误差并修正,根据距离向偏移量和距离向采样频率,计算距离向时间延迟误差并修正。

2.根据权利要求1所述的一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法,其特征在于,在步骤(1.2)中,SAR影像多视以降低斑点噪声,DEM数据根据多视后SAR影像进行重采样,使采样间隔与多视后SAR影像相似;

其中,SAR影像的方位向为天线飞行方向,距离向垂直于飞行方向指向目标;

方位向多视数Maz和距离向多视数Mr由影像的方位向采样间隔σaz、距离向采样间隔σr、影像中心视角θ和多视后分辨率σ共同决定,其公式如下:式中,[·]表示四舍五入取整,令σmax=max(σaz,σr),σ由下式设定:当DEM的采样间隔不大于2σ时,不对DEM重采样;DEM的采样间隔大于2σ时,将DEM重采样至2σ采样间隔。

3.根据权利要求1所述的一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法,其特征在于,在步骤(1.3)中,对重采样后的DEM或原始DEM中的每一个格网点计算回波强度;其解算方法包括如下步骤:(a)、计算天线指向目标位置的视向量L;计算DEM格网点的空间三维坐标P,并根据距离‑多普勒模型计算该点的影像坐标(row,col):式中,S表示天线相位中心,P表示目标位置,r表示天线相位中心到目标的距离,fdop表示多普勒频率,v表示天线飞行速度,λ表示载波波长;其中,波长λ、速度v和多普勒频率fdop从参数文件中读取;由行坐标row计算对应时刻并从内插出该时刻的天线相位中心S,计算视向量:L=P‑S

(b)、计算目标位置的局部法向量N;读取DEM中目标位置附近的格网点,计算东西方向和南北方向的梯度矢量rew和rns,局部法向量为二者叉乘:(c)、按照朗伯余弦定理计算仿真回波强度;漫反射强度为法线方向回波强度与本地入射角余弦的乘积:式中,IN表示多视SAR影像的平均散射强度;

对DEM中每一个格网点进行上述计算,获取地理坐标系下的SAR仿真影像。

4.根据权利要求1所述的一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法,其特征在于,在步骤(1.4)中,将步骤(1.3)中获取的SAR仿真影像由地理坐标重采样至影像坐标系;

首先,计算天线指向目标位置的视向量L;计算DEM格网点的空间三维坐标P,并根据距离‑多普勒模型计算该点的影像坐标(row,col),读取计算出的每一个DEM格网点的影像坐标(row,col);

其次,按照影像坐标逐像元进行内插,插值半径选择2‑4像元,权重选择反距离加权或反距离平方加权;逐像元进行内插处理,完成仿真影像由地理坐标向影像坐标的重采样。

5.根据权利要求1所述的一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法,其特征在于,在步骤(1.5)中,选择大窗口配准,以提高配准的精度和可靠性;

配准窗口中心选择真实影像中心,配准窗口大小为满足下列条件的最大值:式中,Wwin表示配准窗口宽度,Hwin表示配准窗口高度,Wimg表示真实影像宽度,Himg表示真实影像高度,m和n表示正整数;

使用相关函数法计算上述配准窗口处仿真SAR影像相对于真实SAR影像的偏移量:式中,rowsim、colsim表示仿真SAR影像坐标,rowsar、colsar表示真实SAR影像坐标,offaz表示方位向偏移量,offr表示距离向偏移量。

6.根据权利要求1所述的一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法,其特征在于,在步骤(1.6)中,由步骤(1.5)的结果分别计算方位向和距离向误差的改正数:(a)、计算并校正影像方位向时间延迟;方位向时间改正数ΔTaz由下式计算:ΔTaz=offaz·Maz·Δtazi

式中,offaz表示方位向偏移量,Maz表示方位向多视数,Δtazi表示原始影像方位向时间采样间隔;

(b)、计算并校正影像距离向时间延迟;距离向时间改正数ΔTr由下式计算:式中,offr表示距离向偏移量,Mr表示距离向多视数,C表示光速,Δrps表示距离向空间采样间隔;

计算出上述方位向时间和距离向时间的改正数后,分别用于校正方位向影像时间和距离向回波延迟,从而完成定标工作。