[发明专利]一种合成孔径雷达交叉定标方法

权利要求书

1.一种合成孔径雷达在轨交叉定标方法，其特征在于，该方法的步骤包括：

步骤A、数据获取，用于获取所使用的全部数据；

A1、获取待定标SAR卫星数据，待定标SAR卫星数据需要照射均匀裸地区域；通过待定标SAR卫星数据的元文件获取待定标SAR卫星数据过境时间T1；

A2、选取两组已定标SAR卫星数据；这两组已定标SAR数据要求来自同一卫星、数据过境时间差大于90天、并且具有相同升降轨、入射角和照射区域、卫星定标精度高、和待定标SAR卫星数据照射同一区域；其中一组已定标SAR卫星数据的过境时间T2和待定标SAR卫星数据过境时间T1差距在20天内；

步骤B、确定均匀目标范围，用于选取交叉目标位置；

B1、获取已定标SAR卫星数据1、已定标SAR卫星数据2的后向散射系数；

对两组已定标卫星数据的图像数字值进行预处理，通过预处理获取已定标SAR卫星数据1和已定标SAR卫星数据2的后向散射系数值；

B2、制作数据切片；

对两组已定标SAR卫星数据进行配准，通过经纬度进行初步配准后，通过标志性地物进行主观配准判断，验证经纬度判断的准确性；寻找高楼、道路拐点标志性地物，校正经纬度配准结果；基于配准结果对两幅图像的像素位置进行平移，使得两组已定标卫星数据横纵坐标一一对应，保证两者图像数值进行计算比较；

配准完成后，将已定标SAR数据中不同的均匀区域分片；找到已定标SAR卫星数据1中分片区域所对应的具体横纵坐标进行切片裁剪，将同一坐标区域的已定标SAR卫星数据2也进行切片处理；切片要求已定标SAR卫星数据1和已定标SAR卫星数据2对应切片像素大小一致、照射同一均匀区域、切片数目不少于3组；切片的后向散射系数值分布均匀，高后向散射系数区域和低后向散射系数区域都要切片；

B3、后向散射系数时间稳定性比较

由于两组已定标SAR卫星数据切片可能在个别像素点存在误差，对切片后的两组已定标数据进行单元格划分，降低系统性误差；对每格数据取均值作为数据块的后向散射系数值加入运算；

对两组已定标SAR卫星数据之间的后向散射系数变化进行分析；后向散射系数的变化同时受到土壤湿度、地表均方根高度、介电常数、入射角影响；对于已定标数据而言，入射角一致、属于同一SAR卫星数据、每组数据块照射相同目标，影响散射特性的因素只有土壤湿度、地表粗糙度、土壤介电常数地表参数；两组数据间的后向散射系数变化越小，则两组数据过境的这段时间内，此区域的散射稳定性越高；

对于后向散射系数的稳定性，使用均方误差MSE作为评估标准；两组已定标SAR卫星数据均方误差最小的切片范围为散射特性最稳定的均匀区域范围；具体计算公式如下：

式中和分别为两组已定标数据对应数据块的后向散射系数；N为每组切片的数据块个数；MSE为每组切片数据的均方误差值；

B4、确定均匀目标范围

以MSE值作为散射稳定性判别标准，选取MSE值最小的切片数据所属区域作为均匀目标区域；

若所有切片的MSE值均大于1dB，则本次数据切片失败，重新进行数据切片、重新选取均匀区域；

步骤C、交叉定标，用于计算待定标卫星的定标系数

C1、已定标SAR卫星数据2和待定标SAR卫星数据间配准；

选取和待定标SAR卫星数据过境时间最接近的一组已定标SAR卫星数据2进行后续交叉定标处理；对已定标SAR卫星数据2的图像数字值和待定标SAR卫星数据的图像数字值进行配准；采取最大相关系数法进行配准；最大相关系数法如下所示：

式中u′为距离向的频移，v′为方位向的偏移；待定标SAR卫星数据和已定标SAR卫星数据2的幅度分别为M₁(i,j)、M₂(i,j)；选取令R最大的u′、v′作为配准结果，平移待定标SAR卫星数据，将待定标SAR卫星数据和已定标SAR卫星数据横纵坐标一一对应；

C2、裁剪均匀目标区域数据；

基于配准结果和步骤B选取的均匀目标区域进行数据裁剪；将待定标SAR卫星数据和已定标SAR卫星数据2大小裁剪到一致；将同一横纵坐标的待定标SAR卫星数据和已定标SAR卫星数据2的图像数字值、已定标SAR卫星数据2的后向散射系数值裁剪下来；对裁剪后数据依据单位比例尺切块划分，每个单位块数据取均值作为裁剪结果，单位比例尺设定为10×10；对每个单位块内数据取均值划分数据块是为降低由于入射角不同数据获取卫星系统参数的差异带来的配准差异；

C3、获取待定标SAR卫星数据的后向散射系数；

通过后向散射模型获取待定标SAR卫星数据的后向散射系数；

Oh模型中，获取待定标SAR卫星数据的后向散射系数：Oh模型是基于后向散射系数、同极化比p、交叉极化比q、土壤均方根高度s、土壤湿度m_v和入射角θ建立的经验模型，其表达式如式(3)-(5)所示；

由于两组数据切片照射同一散射特性稳定的均匀目标区域、过境时间相差20天内、且两组数据处于同一波段下；可视作土壤均方根s、土壤湿度m_v、波数k均一致；基于这些条件通过Oh模型推导出基于入射角变化的后向散射系数值，公式如下：

式中σ_vv1是待定标SAR卫星数据每个数据块的后向散射系数，θ₁是待定标SAR卫星数据每个数据块的入射角，σ_vv2是已定标SAR卫星数据每个数据块的后向散射系数，θ₂是已定标SAR卫星数据每个数据块的入射角；计算出基于均匀目标类型范围下，待定标SAR卫星数据的后向散射系数值；

C4、获取待定标SAR卫星的定标系数

对待定标SAR卫星数据的后向散射系数值和DN值进行最小二乘法拟合；最小二乘法如下式：

σ_vv＝a·DN_vv+b (7)

式中σ_vv是待定标SAR卫星的后向散射系数，是通过最小二乘法拟合的待定标SAR卫星的后向散射系数，n是步骤C3计算出的待定标卫星数据后向散射系数值的总个数，E是真实值和预测值之间的误差平方和；计算使得E最小的截距a；通过最小二乘法计算出的截距a就是待定标SAR卫星数据的定标系数K。

2.根据权利要求1所述的一种合成孔径雷达在轨交叉定标方法，其特征在于，预处理包含：轨道校正、辐射定标、地形校正；1)轨道校正：合成孔径雷达产品元数据中提供的轨道状态向量通常不够准确，使用在数据产品生成后几天到几周时间内卫星提供轨道文件进行细化校正处理；2)辐射校正：使用的参考数据来源于已定标卫星，已知定标系数描述图像数字值DN和后向散射系数值之间关系的值；3)地形校正：采用地形校正的方式改善畸变。