[发明专利]基于精确测量的恒定PRF下变航速机载SAR数据补偿方法

摘要

本发明公开了一种基于精确测量的恒定PRF下变航速机载SAR数据补偿方法，包括：1)输入POS测量数据序列(Bi，Li，Hi)和原始数据矩阵A0；2)对POS测量数据序列(Bi，Li，Hi)进行坐标转换；3)在成像坐标系下执行距离空不变运动补偿和距离向压缩，得到矩阵A0′；4)对航速变化进行运动补偿，得到重采样后的POS测量数据和原始数据矩阵A1′；5)在成像坐标系下对矩阵A1′执行距离空变运动补偿和方位压缩，得到SAR图像矩阵A1。本发明有益效果：运动补偿中参考航迹的高度轴实际为曲线，同所测绘地区的地球曲面一致，确保运动补偿时参考地表和参考航迹一致性，提高径向运动补偿精度；空间重采样实现过程以参考航迹空间等间隔采样时间为基准，以确保重采样后POS测量数据和回波数据的时间同步。

主权项

1.一种基于精确测量的恒定PRF下变航速机载SAR数据补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，输入POS测量数据序列(Bi，Li，Hi)和原始数据矩阵A0；步骤S2，对POS测量数据序列(Bi，Li，Hi)进行坐标转换；步骤S3，在成像坐标系下，对原始数据矩阵A0执行距离空不变运动补偿和距离向压缩，得到矩阵A0′；步骤S4，对航速变化进行运动补偿，得到重采样后的POS测量数据和原始数据矩阵A1′；步骤S5，在成像坐标系下对矩阵A1′执行距离空变运动补偿和方位压缩，得到SAR图像矩阵A1；其中.步骤S2进一步包括：(1)将POS测得的大地坐标系数据(Bi，Li，Hi)转换至地心直角坐标系数据(Xi，Yi，Zi)，其中，式中：n为该点的卯酉圈曲率半径；e²＝(a²‑b²)/a²，a、b、e分别为该大地坐标系对应参考椭球的长半轴、短半轴和第一偏心率；(2)将地心直角坐标系下的POS数据(Xi，Yi，Zi)转换至东北天坐标系数据(xh，i，yh，i，zh，i)，以航迹第一点作为东北天坐标系的原点，以通过坐标原点且指向天顶的法线为z轴，以子午线方向为y轴，x轴指向东，且与y、z轴垂直，对地心直角坐标系进行平移和旋转，得到东北天坐标系，坐标转换关系如下，(3)将东北天坐标系下的POS数据(xh,i,yh,i,zh,i)转换至成像坐标系数据(x0，i，y0，i，z0，i)；(4)将成像坐标系数据(x0，i，y0，i，z0，i)下z坐标取作POS数据(xh,i,yh,i,zh,i)在大地坐标系的高度值；所述的将东北天坐标系下的POS数据(xh,i,yh,i,zh,i)转换至成像坐标系数据(x0，i，y0，i，z0，i)，进一步包括：第一步，建立等间隔时间序列ti，i＝1，2，...，N,ti+1‑ti＝1/PRF；第二步，将曲线(ti，xh，i)和曲线(ti，yh，i)分别利用最小二乘拟合方法得到直线，并求取直线上的采样点(ti，x′h，i)和(ti，y′h，i)；第三步，求取直线(x′h，i，y′h，i)的斜率k和截距b；第四步，根据k计算东北天坐标系到成像坐标系的旋转角θ，θ＝atan(k)，其中，如果xhN＜0，θ＝θ+π；第五步，将东北天坐标系平移至(0,b,0)，而后逆时针旋转θ角，得到成像坐标系，将(xh，i，yh，i，zh，i)进行坐标变换得到(x0，i，y0，i，z0，i)，所述的将成像坐标系数据(x0，i，y0，i，z0，i)下z坐标取作POS数据(xh,i,yh,i,z,h)在大地坐标系的高度值，进一步包括：第一步，对z0，i进行校正，令z0，i＝H0，i，i＝1，2，...，N；第二步，在成像坐标系下，真实航迹为(x_0，i，y_0，i，z_0，i)，参考航迹为其中，步骤S4进一步包括：(1)确定每个PRF时刻载机的位置，在空间上沿x轴不等间隔采样，在时间上沿x轴等间隔，采样时间记作t0，i＝(i‑1)/PRF，i＝1，…N；(2)求取天线沿航向在空间上等间隔采样对应的时间，等间隔采样的空间间隔为δx＝PRF·(x0，N‑x0，i)/(N‑1)，据此得到新的沿x轴等间隔采样，其x轴坐标为x1，i＝δx(i‑1)，i＝1，…N，利用三次样条插值，求取x1，i对应的时间点t1，i，i＝1，…N，t1，i为不等间隔时间采样；(3)以t0，i为基准，对y0，i，z0，i序列分别执行三次样条插值，求取其在t1，i时刻对应的坐标值y1，i，z1，i，构建得到重采样后的POS数据(x1，i，y1，i，z1，i)；(4)以t0，i为基准，对初级运动补偿后的矩阵A0′的每条方位线执行sinc函数插值，求取每条方位线在t1，i时刻对应的采样点值，构建得到重采样后的回波数据矩阵A1′。