[发明专利]一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法

说明书

本发明公开了一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法。属于遥感影像的微波遥感领域。包括以下步骤：(1)、获取目标区域的航空或航天合成孔径雷达影像、轨道数据及目标区域的DEM数据；(2)、SAR影像多视，DEM根据多视SAR影像的采样间隔重采样；(3)、逐像元计算目标回波强度，生成地理坐标系下的仿真影像；(4)、将地理坐标系下的仿真影像采样到影像坐标系下；(5)、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；(6)、根据方位(距离)向偏移量和方位向(距离向)采样频率，计算方位向时间误差并修正及计算距离向时间延迟误差并修正。本发明不需要控制点数据，能够有效提高合成孔径雷达影像几何参数的精度。

技术领域

本发明属于遥感影像的数字摄影测量领域，特别涉及合成孔径雷达影像的几何定位和正射校正；具体是涉及一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法。

背景技术

由于观测过程种各种误差的存在，利用SAR数据自带的系统的参数进行几何定位精度不高，必须对系统参数进行定标。定标是通过测定一定数量的控制点，基于有理多项式模型、距离-多普勒模型(Range-Doppler，R-D)或距离-共面模型等几何模型，建立影像与地面点之间的联系，求解系统参数的改正数。

根据对控制点的需求，SAR影像定标可分为两类：一类是实测控制点，另一类是从DEM中提取控制点。

实测控制点是通过野外实地测量、高精度的航空摄影测量等手段获取地面点的坐标，并通过人工判读定位在SAR影像上。将控制点的地理坐标和影像坐标带入上述几何模型中，求解对应的几何参数，从而完成定标过程。

从DEM中提取控制点的方法主要是通过提取DEM的格网点或某些特征点将其定位在SAR影像上作为控制点实用。首先，利用DEM与SAR天线之间的几何关系，计算仿真SAR影像；其次，通过仿真SAR影像与真实SAR影像之间的匹配，将DEM的格网点或特征的定位在真实SAR影像中，作为控制点；第三，从DEM中读取控制点的地理坐标，与影像坐标一起带入上述几何模型中，求解对应的几何参数，从而完成定标过程。

此外还有一种基于DEM的方法可以提高几何精度，但不涉及参数校正。在R-D模型的基础上，从DEM格网点读取地理坐标并计算其影像坐标，从而建立地理坐标与影像坐标之间的映射关系，即查找表。通过仿真影像与真实影像的配准，使用配准结果修正查找表，提高正射校正的精度。

实地测量控制点方法精度最高。但是在山区等复杂地形条件下，获取控制点成本高、难度大。特别是在快速的应急应用中或在境外，无法获取控制点。从DEM中提取控制点的方法虽然避免了实地测量，但是提取的点精度较低，特别是在山区往往存在数十米的高程误差，定标过程复杂，容易出现误差累积。而使用查找表的方法则逐点记录了地理坐标与影像坐标的对应关系，没有对几何参数进行定标。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法，该方法直接使用仿真影像与真实影像的匹配结果标定几何参数，无需测量或从DEM中提取控制点；并且在配准过程中，得益于采用较大的匹配窗口，所获取的结果具有很高的精度和鲁棒性。

本发明的技术方案是：一种基于DEM匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法，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)、SAR影像多视，DEM根据多视SAR影像的采样间隔重采样；

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；