[发明专利]一种针对聚束模式星载SAR图像的几何校正方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，涉及一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。

背景技术

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、资源探测、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图像处理一个内容，具有广泛的应用前景，例如：地形测绘、军事侦察、资源探测、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)定位模型的方法是一种精确的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组，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，这一方面增加了计算量，另一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。在任意给定一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时，由于天线波束照射角度的变化会导致定位处理时的方程参数发生失配，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_o

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参考系(惯性参考系)中建立的直角坐标系。

2.转动的地心坐标系E_g

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E_v

坐标原点：卫星椭圆轨道的一个焦点(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E_r

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E_e

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E_a

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