[发明专利]一种阵列SAR等距离切片成像几何畸变校正方法

摘要

本发明公开了一种阵列SAR等距离切片成像几何畸变校正方法，该方法基于阵列SAR下视或侧视成像几何模型及等距离切片三维成像原理，首先计算阵列SAR成像系统天线到等距离切片每一个单元的斜距，然后根据斜距估计出等距离切片每个单元的偏移量，最后对偏移量进行插值重采样且影像单元偏移，从而实现了阵列SAR等距离切片成像几何畸变校正处理。本发明具备无需观测场景DEM先验信息、快速几何校正处理等特点，实现简单、效率高、精度高、适用性好，无需已知观测三维观测场景的DEM等先验信息，能有效解决阵列SAR等距离切片成像的几何畸变校正问题，并且可适用于稀疏阵列条件下阵列SAR等距离切片三维成像几何畸变校正。

主权项

1.一种阵列SAR等距离切片成像几何畸变校正方法，其特征是它包括以下步骤：步骤1、初始化几何畸变校正所需的阵列SAR成像系统参数：初始化几何畸变校正所需的阵列SAR成像系统参数，包括：阵列SAR的观测空间为地面三维坐标系，记为X‑Y‑Z，其中X表示水平面横轴，Y表示水平面纵轴，Z表示水平垂直轴；阵列SAR成像系统沿着Y轴平行方向进行匀速直线运动；阵列SAR成像系统天线的参考位置，记为P_T且P_T＝(x_T,y_T,z_T)，其中x_T记为天线在X轴的参考位置，y_T记为天线在Y轴的参考位置，z_T记为天线在Z轴的参考位置；阵列SAR成像系统的雷达入射角，记为θ；根据阵列SAR成像系统和观测方案，本发明所需的初始化阵列SAR成像系统的位置参数均为已知；步骤2、初始化阵列SAR等距离切片三维成像的影像参数：初始化阵列SAR等距离切片三维成像的影像参数，包括：阵列SAR的等距离切片三维成像空间为水平面横轴、水平面纵轴和阵列SAR距离向构成的三维空间，记为X‑Y‑R，其中该成像空间的水平面横轴和纵轴与步骤1中观测空间的水平面横轴和纵轴相同，R表示该成像空间的距离向；阵列SAR等距离切片三维成像对应的三维影像，记为I₀(i,j,k)；其中i,j,k分别为自然数，并且i＝1,2,…,N_X，j＝1,2,…,N_Y，k＝1,2,…,N_R，i记为三维影像I₀(i,j,k)在水平面横轴X的第i个单元，j记为三维影像I₀(i,j,k)在水平面纵轴Y的第j个单元，k记为三维影像I₀(i,j,k)在距离向R的第k个单元，N_X、N_Y和N_R分别记为三维影像I₀(i,j,k)在水平横轴、水平纵轴和距离向的单元总数，三维影像I₀(i,j,k)的维数为N_X×N_Y×N_R；三维影像I₀(i,j,k)中第k个距离向对应的二维图像，记为I_k(i,j)，k＝1,2,…,N_R，其中I_k(i,j)维数为N_X×N_Y，I_k(i,j)也称为I₀(i,j,k)的第k个等距离切片；三维影像I₀(i,j,k)在水平面横轴、水平面纵轴和距离向的相邻单元间距，分别记为dx、dy和dr；第k个等距离切片I_k(i,j)中第i个横轴、第j个纵轴对应单元的位置，记为Q_k(i,j)，i＝1,2,…,N_X，j＝1,2,…,N_Y，k＝1,2,…,N_R；第k个等距离切片I_k(i,j)的参考位置中心，记为O_k，k＝1,2,…,N_R；根据阵列SAR等距离切片三维成像处理方案，本发明所需的初始化阵列SAR等距离切片三维成像的影像参数均为已知；步骤3、计算阵列SAR天线至影像单元的斜距：采用公式R_k(i,j)＝||P_T‑Q_k(i,j)||₂，计算得到阵列SAR天线至第k个等距离切片I_k(i,j)中所有单元的斜距，记为R_k(i,j)，i＝1,2,…,N_X，j＝1,2,…,N_Y，k＝1,2,…,N_R，其中，P_T为步骤1初始化得到的阵列SAR成像系统天线的参考位置，Q_k(i,j)为步骤2初始化得到的第k个等距离切片I_k(i,j)中第i个横轴、第j个纵轴对应单元的位置，||·||₂表示向量的L2范数运算符号；采用公式R₀(k)＝||O_k‑P_T||₂计算得到阵列SAR天线至第k个等距离切片I_k(i,j)的参考斜距，记为R₀(k)，k＝1,2,…,N_R，其中O_k为步骤2初始化得到的第k个等距离切片I_k(i,j)的参考位置中心；步骤4、计算等距离切片所有单元的相对位置偏移：采用公式D_k(i,j)＝[R_k(i,j)‑R₀(k)]/dr，计算得到第k个等距离切片I_k(i,j)中所有单元的相对位置偏移量，记为D_k(i,j)，i＝1,2,…,N_X，j＝1,2,…,N_Y，k＝1,2,…,N_R，其中dr为步骤2初始化得到的三维影像I₀(i,j,k)在距离向的相邻单元间距，R_k(i,j)为步骤3得到的阵列SAR天线至第k个等距离切片I_k(i,j)中所有单元的斜距，R₀(k)为步骤3得到的阵列SAR天线至第k个等距离切片I_k(i,j)的参考斜距；步骤5、逐点对等距离切片单元进行位置偏移：采用标准图像单元位置偏移方法，对I_k(i,j)中所有单元按照偏移量D_k(i,j)进行位置偏移，得到位置偏移后的第k个等距离切片，记为i＝1,2,…,N_X，j＝1,2,…,N_Y，k＝1,2,…,N_R，其中I_k(i,j)为步骤2初始化得到的三维影像I₀(i,j,k)中第k个等距离向切片，D_k(i,j)为步骤4得到的第k个等距离切片I_k(i,j)中所有单元的相对位置偏移量；步骤6、等距离切片合成三维影像：采用公式计算得到阵列SAR三维影像，记为I_S(i,j,k)，i＝1,2,…,N_X，j＝1,2,…,N_Y，k＝1,2,…,N_R，其中为步骤5得到的位置偏移后的第1个等距离切片，为步骤5得到的位置偏移后的第2个等距离切片，为步骤5得到的位置偏移后的第N_R个等距离切片；步骤7、三维影像进行插值重采样：采用标准SINC函数插值重采样方法对三维影像I_S(i,j,k)进行插值重采样，得到插值重采样后的阵列SAR三维影像，记为I′_S(i,j,l)，i＝1,2,…,N_X，j＝1,2,…,N_Y，l＝1,2,…,N_Z，其中N_Z记为插值重采样后三维图像I′_S(i,j,l)在水平面垂直轴Z的单元总数，l为自然数，l表示为三维影像I′_S(i,j,l)在水平面垂直轴Z的第l个单元，I_S(i,j,k)为步骤6得到的阵列SAR三维影像；步骤8、三维影像进行水平垂直轴校正：将步骤7得到的三维影像I′_S(i,j,l)在水平垂直轴Z的位置值乘以1/(1+cos(θ))，得到水平垂直轴校正后的阵列SAR三维影像，记为I_F(i,j,l)，i＝1,2,…,N_X，j＝1,2,…,N_Y，l＝1,2,…,N_Z，其中θ为步骤1初始化得到的阵列SAR成像系统雷达入射角，cos(·)为余弦函数符号；I_F(i,j,l)即为阵列SAR等距离切片三维成像几何校正后的最终影像。