本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于先驗(yàn)dem數(shù)據(jù)的星載sar圖像幾何精校正方法，適用于減小星載sar因?yàn)橄到y(tǒng)誤差造成的sar圖像場(chǎng)景中的像素點(diǎn)成像位置偏離真實(shí)位置點(diǎn)的問(wèn)題，從而改善星載sar的成像質(zhì)量，有助于用戶對(duì)sar圖像的判讀和解譯。

背景技術(shù)：

星載sar是從空間對(duì)地觀測(cè)的一種有效手段，具有全天時(shí)、全天候、多波段及高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，能夠詳細(xì)、準(zhǔn)確地測(cè)繪地形、地貌，獲取地球表面的信息，最終生成目標(biāo)場(chǎng)景的高分辨地圖。

但是星載sar在從雷達(dá)脈沖的發(fā)射一直到最后通過(guò)成像算法生成星載sar圖像的過(guò)程中，會(huì)有很多非理想因素誤差引入其中，這樣會(huì)使得實(shí)際得到的星載sar圖像中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景中位置和實(shí)際場(chǎng)景中的位置都會(huì)有一定的偏移，使得實(shí)際得到的星載sar圖像與真實(shí)場(chǎng)景并不完全對(duì)應(yīng)，進(jìn)而無(wú)法詳細(xì)、準(zhǔn)確地測(cè)繪地形、地貌，獲取地球表面的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于先驗(yàn)dem數(shù)據(jù)的星載sar圖像幾何精校正方法，該種基于先驗(yàn)dem數(shù)據(jù)的星載sar圖像幾何精校正方法使用星載sar回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到實(shí)際星載sar圖像，然后由星載sar的pos數(shù)據(jù)結(jié)合rd模型定位星載sar所在場(chǎng)景中每個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，利用ulaby模型產(chǎn)生后向散射系數(shù)矩陣，反演出理想的星載sar圖像，理想的星載sar圖像和實(shí)際sar圖像進(jìn)行比對(duì)，求出兩者之間的偏移量，從而修正實(shí)際sar圖像因全鏈路非理想因素而引起的系統(tǒng)誤差，最終完成星載sar圖像的幾何精校正。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種基于先驗(yàn)dem數(shù)據(jù)的星載sar圖像幾何精校正方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取待校正的實(shí)際星載sar圖像，所述待校正的實(shí)際星載sar圖像為p×n維矩陣，p表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的方位向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，n表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，p、n分別為大于0的正整數(shù)；

步驟2，建立待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離多普勒模型，記為成像模型，然后利用所述成像模型對(duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像中的p×n個(gè)像素點(diǎn)分別進(jìn)行定位，分別得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的定位坐標(biāo)；

步驟3，根據(jù)待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的定位坐標(biāo)，計(jì)算得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的電磁波入射角；

步驟4，根據(jù)待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的電磁波入射角對(duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像進(jìn)行反演，得到最終反演的理想星載sar圖像；

步驟5，分別計(jì)算待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像在方位向的像素偏差量na，以及待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像在距離向的像素偏差量nr；

步驟6，根據(jù)待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像在方位向的像素偏差量na，以及待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像在距離向的像素偏差量nr，對(duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像進(jìn)行幾何精校正，得到幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，本發(fā)明利用先驗(yàn)dem信息，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)控制點(diǎn)的圖像幾何精校正，不需要在在場(chǎng)景中布置角反射器，減少了工作量，提高了效率。

第二，本發(fā)明中利用了srtm庫(kù)中的dem來(lái)提高定位精度，從而使星載sar圖像的反演更加準(zhǔn)確，提高了幾何精校正的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的一種基于先驗(yàn)dem數(shù)據(jù)的星載sar圖像幾何精校正方法流程圖；

圖2為待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離多普勒模型示意圖；

圖3為求解待校正的實(shí)際星載sar圖像中j個(gè)像素點(diǎn)各自的定位坐標(biāo)的流程圖；

圖4為計(jì)算待校正的實(shí)際星載sar圖像中的像素點(diǎn)電磁波入射角過(guò)程示意圖；

圖5為將幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)分別轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯度坐標(biāo)系中的過(guò)程示意圖；

圖6為高分三號(hào)星載sar圖像示意圖；

圖7a為圖6中地形起伏較大的山地部分示意圖；

圖7b為根據(jù)本發(fā)明方法對(duì)幾何精校正后的圖7a中每一個(gè)像素點(diǎn)分別進(jìn)行反演后得到的理想星載sar圖像示意圖；

圖8為對(duì)圖6進(jìn)行幾何精校正后得到的星載sar圖像示意圖；

圖9為圖8經(jīng)過(guò)地理編碼后得到的結(jié)果示意圖；

圖10為對(duì)圖9中的每一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估后的結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的一種基于先驗(yàn)dem數(shù)據(jù)的星載sar圖像幾何精校正方法流程圖；其中所述基于先驗(yàn)dem數(shù)據(jù)的星載sar圖像幾何精校正方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取待校正的實(shí)際星載sar圖像，所述待校正的實(shí)際星載sar圖像為p×n維矩陣，p表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的方位向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，n表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，p、n分別為大于0的正整數(shù)。

具體地，確定星載sar，并獲取星載sar回波數(shù)據(jù)，然后通過(guò)sar成像算法對(duì)獲取的星載sar回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到待校正的實(shí)際星載sar圖像；也可以直接下載網(wǎng)上提供的僅僅進(jìn)行了成像處理的初級(jí)sar圖像。

步驟2，建立待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離多普勒模型，記為成像模型，然后利用所述成像模型對(duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像中的p×n個(gè)像素點(diǎn)分別進(jìn)行定位，分別得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的定位坐標(biāo)。

2.1建立待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離多普勒模型，如圖2所示，在所述距離多普勒模型中，衛(wèi)星沿著自身軌道飛行，且衛(wèi)星自帶的gps會(huì)對(duì)星載雷達(dá)的空間位置坐標(biāo)進(jìn)行記錄，星載雷達(dá)位于衛(wèi)星上，星載雷達(dá)的空間位置包括m個(gè)點(diǎn)，m個(gè)點(diǎn)各自的坐標(biāo)都是wgs84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，wgs84坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的中心；赤道和0度經(jīng)線的交點(diǎn)，與地球中心的連線構(gòu)成wgs84坐標(biāo)系的x軸；北極點(diǎn)和地球的中心連線構(gòu)成wgs84坐標(biāo)系的z軸，再由右手坐標(biāo)系原則確定出wgs84坐標(biāo)系的y軸；將星載雷達(dá)的空間位置包括的m個(gè)點(diǎn)中第i個(gè)點(diǎn)記為si，i＝1,2,3,...,m，第i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(xi,yi,zi)，xi表示第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的x軸坐標(biāo)值，yi表示第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的y軸坐標(biāo)值，zi表示第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的z軸坐標(biāo)值；將m個(gè)點(diǎn)各自的坐標(biāo)記為星載雷達(dá)pos數(shù)據(jù)，星載雷達(dá)pos數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)包括m個(gè)pos數(shù)據(jù)；將m個(gè)點(diǎn)各自的坐標(biāo)進(jìn)行逐點(diǎn)連接后形成星載雷達(dá)航跡。

根據(jù)星載雷達(dá)pos數(shù)據(jù)，并由速度和位移關(guān)系，計(jì)算得到星載雷達(dá)的空間位置中第l個(gè)點(diǎn)處的瞬時(shí)速度prf表示為脈沖重復(fù)頻率,sl+1表示第l+1個(gè)點(diǎn),sl表示第l個(gè)點(diǎn),m表示星載雷達(dá)的空間位置包含的點(diǎn)個(gè)數(shù),與pos數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)取值相等。

星載雷達(dá)在衛(wèi)星軌道上飛行的過(guò)程中，會(huì)向地面發(fā)射電磁波，就像黑夜里墻頭上的手電筒傾斜的照射到地面上，在地面上形成一個(gè)橢圓形的光照區(qū)域一樣，星載雷達(dá)發(fā)射的電磁波照射到地面上時(shí)也會(huì)形成一個(gè)橢圓的照射區(qū)域，隨著星載雷達(dá)從第1個(gè)pos數(shù)據(jù)到第m個(gè)pos數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)，該橢圓的照射區(qū)域會(huì)慢慢在地面上移動(dòng)，直到星載雷達(dá)運(yùn)動(dòng)到第m個(gè)pos數(shù)據(jù)的位置,對(duì)應(yīng)橢圓的照射區(qū)域形成一個(gè)長(zhǎng)方形條帶，將所述長(zhǎng)方形條帶記為合成孔徑雷達(dá)(sar)圖像成像區(qū)域,sar圖像成像區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)長(zhǎng)方形條帶。

將與星載雷達(dá)航跡平行的sar圖像成像區(qū)域的對(duì)應(yīng)方向,記作sar圖像成像區(qū)域的方位向；將與星載雷達(dá)航跡垂直的sar圖像成像區(qū)域的對(duì)應(yīng)方向,記作sar圖像成像區(qū)域的距離向，且sar圖像成像區(qū)域?qū)?yīng)待校正的實(shí)際星載sar圖像，待校正的實(shí)際星載sar圖像的方位向包含p個(gè)像素點(diǎn)，待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離向包含n個(gè)像素點(diǎn)，因此待校正的實(shí)際星載sar圖像為p×n維矩陣。

2.2rd模型即距離多普勒模型，距離多普勒模型的提出是為了對(duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像中的p×n個(gè)像素點(diǎn)分別進(jìn)行定位，即利用m個(gè)pos數(shù)據(jù)結(jié)合成像模型對(duì)sar圖像成像區(qū)域中的p×n個(gè)像素點(diǎn)分別進(jìn)行定位。

將待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)記作tmn，tmn的坐標(biāo)記作(xmn,ymn,zmn),xmn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的x軸坐標(biāo)值，ymn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的y軸坐標(biāo)值，zmn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的z軸坐標(biāo)值。

星載雷達(dá)空間位置包含的點(diǎn)個(gè)數(shù)與待校正的實(shí)際星載sar圖像的方位向包含的像素?cái)?shù)個(gè)數(shù)取值相同，且一一對(duì)應(yīng)；將第i個(gè)點(diǎn)si和待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn之間的斜距記為n＝1,2,3,…,n，m＝1,2,3,…,p，i和m取值相同，且通過(guò)星載雷達(dá)開(kāi)始接收回波的時(shí)間和星載雷達(dá)接收的回波在距離向的采樣率求出,且tstarti表示星載雷達(dá)的空間位置中第i個(gè)點(diǎn)si開(kāi)始接收回波的時(shí)間,fs表示星載雷達(dá)的距離向采樣率,c為光速；由此可以看出,第i個(gè)點(diǎn)si和待處理的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn之間的斜距與m無(wú)關(guān)。

對(duì)于待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的坐標(biāo)，通過(guò)對(duì)應(yīng)得到p×n個(gè)斜距均求解出來(lái)。

2.3以下通過(guò)三個(gè)非線性方程組去求解待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn的坐標(biāo)。

方程一：距離方程

星載雷達(dá)開(kāi)始接收回波時(shí)間和星載雷達(dá)接收的回波距離向采樣率都是已知的，對(duì)于待校正的實(shí)際星載sar圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，通過(guò)星載雷達(dá)開(kāi)始接收回波的時(shí)間和星載雷達(dá)接收的回波距離向采樣率準(zhǔn)確確定每個(gè)像素點(diǎn)反射回波到星載雷達(dá)的時(shí)間，因而可以知道星載雷達(dá)與該像素點(diǎn)的距離，如圖1中所示；也就是說(shuō)，通過(guò)距離方程得到第i個(gè)點(diǎn)si和待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn之間的斜距記為其滿足方程如下：

顯然只用方程(1)無(wú)法求出待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn，要解出tmn的坐標(biāo)(xmn,ymn,zmn),必須尋找其他方程。

方程二：多普勒方程：

計(jì)算得到星載雷達(dá)的多普勒頻率fd求解方法如下：

其中表示星載雷達(dá)的徑向速度，→表示矢量，λ表示為星載雷達(dá)載頻對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；對(duì)于本發(fā)明要研究的問(wèn)題，計(jì)算得到第i個(gè)點(diǎn)si和待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn之間的斜距對(duì)應(yīng)的多普勒頻率其表達(dá)式為：

其中，表示星載雷達(dá)的空間位置中第l個(gè)點(diǎn)處的瞬時(shí)速度矢量，通過(guò)pos數(shù)據(jù)可以求解；表示第i個(gè)點(diǎn)si和待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn之間的斜距矢量，→表示矢量，λ為星載雷達(dá)載頻對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，||表示求絕對(duì)值操作。

星載雷達(dá)采取正側(cè)視觀測(cè)模式時(shí)，星載雷達(dá)的空間位置中第l個(gè)點(diǎn)處的瞬時(shí)速度矢量和垂直，因此第i個(gè)點(diǎn)si和待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn之間的斜距對(duì)應(yīng)的多普勒頻率取值為0，所以

方程三：待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn滿足的地球橢球方程為：

其中，re為地球的赤道半徑，rp為地球的極地半徑，re和rp都是已知量；h表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn的海拔高度，且h是未知量；xmn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的x軸坐標(biāo)值，ymn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的y軸坐標(biāo)值，zmn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的z軸坐標(biāo)值；n＝1,2,3,…,n，m＝1,2,3,…,p，p表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的方位向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，n表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。

因?yàn)榇Ｕ膶?shí)際星載sar圖像所在場(chǎng)景是地球上的某一區(qū)域，所以將該區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的坐標(biāo)分別代入地球橢球方程中，在h已知的情況下，將滿足等式(4)。

聯(lián)立方程(1)、(3)、(4)三個(gè)方程，三個(gè)未知數(shù)(假設(shè)h已知)，分別計(jì)算得到待校正的星載實(shí)際sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn的坐標(biāo)(xmn,ymn,zmn)，求解完成也就意味著完成待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn的定位。

2.4使用迭代法求解一組方程，來(lái)對(duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)tmn進(jìn)行定位，tmn的坐標(biāo)為(xmn,ymn,zmn)，xmn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的x軸坐標(biāo)值，ymn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的y軸坐標(biāo)值，zmn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)在wgs84坐標(biāo)系的z軸坐標(biāo)值；n＝1,2,3,…,n，m＝1,2,3,…,p，p表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的方位向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，n表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，m和n的初始值分別為1。

假設(shè)h已知，并聯(lián)立式(1)、式(3)和式(4)三個(gè)方程，三個(gè)未知數(shù)，通過(guò)求解方程組得出待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)坐標(biāo)；而實(shí)際情況中，一般是不知道sar圖像場(chǎng)景中每一個(gè)像素點(diǎn)的海拔高度的，也就是說(shuō)式(1)、式(3)和式(4)三個(gè)方程中包含四個(gè)未知數(shù)，三個(gè)方程，顯然是無(wú)法求解的；這種情況下，本發(fā)明解決策略是先假設(shè)待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)海拔高度為0。

參照?qǐng)D3，為求解待校正的實(shí)際星載sar圖像中j個(gè)像素點(diǎn)各自的定位坐標(biāo)的流程圖；初始化：令f表示第f次迭代，f的初始值為1，令h0表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的海拔高度預(yù)設(shè)值，其中每個(gè)像素點(diǎn)分別為sar圖像場(chǎng)景中每個(gè)像素點(diǎn)；設(shè)定待校正的實(shí)際星載sar圖像中包含j個(gè)像素點(diǎn)，令j表示第j個(gè)像素點(diǎn)，j∈{1,2,…,j}，j的初始值為1，j＝p×n。

2.5將第f-1次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的海拔高度預(yù)設(shè)值hf-1帶入方程(4)，并根據(jù)式(1)和式(3)，得到如下方程組：

其中，xi表示第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的x軸坐標(biāo)值，xjf表示第f次迭代后第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的x軸坐標(biāo)值，yi表示第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的y軸坐標(biāo)值，yjf表示第f次迭代后第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的y軸坐標(biāo)值，zi表示第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的z軸坐標(biāo)值，zjf表示第f次迭代后第i個(gè)點(diǎn)si在wgs84坐標(biāo)系的z軸坐標(biāo)值，表示第f次迭代后第i個(gè)點(diǎn)si和待校正的實(shí)際星載sar圖像中第j個(gè)像素點(diǎn)之間的斜距，fdjf表示第f次迭代后第i個(gè)點(diǎn)si和待校正的實(shí)際星載sar圖像中第j個(gè)像素點(diǎn)之間的斜距對(duì)應(yīng)的多普勒頻率，表示星載雷達(dá)的空間位置中第i個(gè)點(diǎn)處的瞬時(shí)速度矢量，表示第f次迭代后第i個(gè)點(diǎn)si和待校正的實(shí)際星載sar圖像中第j個(gè)像素點(diǎn)之間的斜距矢量，→表示矢量，λ表示星載雷達(dá)載頻對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，||表示求絕對(duì)值操作，re表示地球的赤道半徑，hj(f-1)表示第f-1次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的海拔高度預(yù)設(shè)值，rp表示地球的極地半徑。

求解以上方程組，三個(gè)方程，三個(gè)未知數(shù)，計(jì)算得到第f次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)(xjf,yjf,zjf)，所述第f次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)(xjf,yjf,zjf)是在wgs84坐標(biāo)系中的，將(xjf,yjf,zjf)轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯度坐標(biāo)系中，其轉(zhuǎn)換過(guò)程直接調(diào)用matlab中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)ecef2lla，即將第f次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)(xjf,yjf,zjf)轉(zhuǎn)換到了經(jīng)緯度坐標(biāo)系中，得到第f次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)(ljf,bjf,hjf)，其中l(wèi)jf為第f次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的經(jīng)度，bjf為第f次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的緯度，hjf為第f次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的海拔高度。

然后利用航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)繪使命(srtm)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)字高程模型(dem)數(shù)據(jù)去找出地球上經(jīng)緯度(ljf,bjf)對(duì)應(yīng)的海拔高度hjf'，hjf'為經(jīng)緯度(ljf,bjf)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)海拔高度,且此時(shí)的第f-1次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的海拔高度預(yù)設(shè)值hf-1和hjf'不相等；其中，所述srtm數(shù)據(jù)庫(kù)中的dem數(shù)據(jù)為先驗(yàn)dem數(shù)據(jù)。

2.6如果|hf-1-hjf'|≥ε0,ε0表示設(shè)定的門限閾值，本實(shí)施例中ε0＝10^-2，則令f加1，將經(jīng)緯度(ljf,bjf)對(duì)應(yīng)的海拔高度hjf'作為第f-1次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的海拔高度預(yù)設(shè)值hf-1，返回2.5。

如果|hf-1-hjf'|<ε0，則迭代停止，并將迭代停止時(shí)得到的第f次迭代后第j個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)(xjf,yjf,zjf)，作為待校正的實(shí)際星載sar圖像中第j個(gè)像素點(diǎn)的定位坐標(biāo)。

2.7令j加1，返回2.5，直到得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中第1個(gè)像素點(diǎn)的定位坐標(biāo)至待校正的實(shí)際星載sar圖像中第j個(gè)像素點(diǎn)的定位坐標(biāo)，此時(shí)求得了待校正的實(shí)際星載sar圖像中j個(gè)像素點(diǎn)各自的定位坐標(biāo)，完成了待校正的實(shí)際星載sar圖像中j個(gè)像素點(diǎn)各自的準(zhǔn)確定位，j＝p×n。

步驟3，根據(jù)待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的定位坐標(biāo)，計(jì)算得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的電磁波入射角。

具體地，步驟2結(jié)束后可得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的準(zhǔn)確定位，在星載雷達(dá)的pos數(shù)據(jù)已知的情況下，根據(jù)空間幾何關(guān)系得到每個(gè)像素點(diǎn)處電磁波的局部入射角，為下一步的反演星載sar圖像作準(zhǔn)備。

參照?qǐng)D4，為計(jì)算待校正的實(shí)際星載sar圖像中的像素點(diǎn)電磁波入射角過(guò)程示意圖；步驟3的子步驟為：

3.1根據(jù)向量夾角計(jì)算公式，計(jì)算得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的電磁波入射角θmn：

其中，tmn表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)，tm(n+2)表示待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n+2列處的像素點(diǎn)，當(dāng)n＝n-1時(shí)，待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n+1列處的像素點(diǎn)tm(n+1)不存在，直接舍去，即記為0；當(dāng)n＝n時(shí)，待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n+2列處的像素點(diǎn)tm(n+2)不存在，直接舍去，即記為0；si表示第i個(gè)點(diǎn)，n＝1,2,3,…,n，n+2＝1,2,3,…,n，m＝1,2,3,…,p，i＝1,2,3,…,m，p表示待處理的實(shí)際星載sar圖像的方位向包含的像素?cái)?shù)個(gè)數(shù)，m表示星載雷達(dá)的空間位置包含的點(diǎn)個(gè)數(shù)，i和m取值相等且一一對(duì)應(yīng)；·表示點(diǎn)乘,*表示乘法，n表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，→表示矢量。

3.2令m不變，且n分別取1至n，重復(fù)執(zhí)行3.1，進(jìn)而分別得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第1列處像素點(diǎn)的電磁波入射角θm1至待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的電磁波入射角θmn，記為待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行n個(gè)像素點(diǎn)的電磁波入射角θm。

3.3令m分別取1至p，重復(fù)執(zhí)行3.2，進(jìn)而分別得到待校正的實(shí)際星載sar圖像中第1行n個(gè)像素點(diǎn)的電磁波入射角θ1至待校正的實(shí)際星載sar圖像中第p行n個(gè)像素點(diǎn)的電磁波入射角θp，記為待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的電磁波入射角。

步驟4，根據(jù)待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的電磁波入射角，以及ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像進(jìn)行反演，得到最終反演的理想星載sar圖像sima。

步驟4的子步驟為：

4.1根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)和研究，待校正的實(shí)際星載sar圖像的幅度與其電磁波入射角存在近似關(guān)系；即根據(jù)待校正的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的電磁波入射角θmn，計(jì)算得到理想星載sar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的幅度amn：

amn＝1-sin(θmn)(7)

其中，sin表示求正弦操作。

4.2令m不變，且n分別取1至n，重復(fù)執(zhí)行4.1，進(jìn)而分別得到理想星載sar圖像中第m行、第1列處像素點(diǎn)的幅度am1至理想星載sar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的幅度amn，記為理想星載星載sar圖像中第m行n個(gè)像素點(diǎn)的幅度am。

4.3令m分別取1至p，重復(fù)執(zhí)行4.2，進(jìn)而分別得到理想sar圖像中第1行n個(gè)像素點(diǎn)的幅度a1至理想星載sar圖像中第p行n個(gè)像素點(diǎn)的幅度ap，記為理想星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的幅度。

上述的公式(7)是表示的一個(gè)近似關(guān)系，而且并沒(méi)有考慮到雷達(dá)的工作頻率、極化方式、地物類型等因素對(duì)后向散射系數(shù)的影響；要想得出更為準(zhǔn)確的反演sar圖像，需要用到ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

4.4ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪敲绹?guó)密歇根大學(xué)f.t.ulaby和m.c.dobson提出的一個(gè)簡(jiǎn)單靈活的模型，他們二人綜合了20實(shí)際60年代至80年代公開(kāi)發(fā)表的大量地面后向散射系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)，提出了ulaby模型經(jīng)驗(yàn)公式，來(lái)更加準(zhǔn)確的由電磁波入射角計(jì)算場(chǎng)景的后向散射系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算得到基于ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦硐胄禽dsar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的幅度σmn：

σmn(db)＝p1+p2exp(-p3θmn)+p4cos(p5θmn+p6)(8)

其中，db是分貝的單位，cos表示求余弦操作，exp表示指數(shù)函數(shù)，p1表示ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某?shù)項(xiàng)，p2表示ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹笖?shù)系數(shù)項(xiàng)，p3表示ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹笖?shù)相位項(xiàng)，p4表示ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜窍禂?shù)項(xiàng)，p5表示ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜窍辔幌禂?shù)項(xiàng)，p6表示ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜窍辔怀?shù)項(xiàng)；p1、p2、p3、p4、p5和p6都是考慮星載雷達(dá)工作波段、星載雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的極化方式、觀測(cè)星載雷達(dá)所在場(chǎng)景的地物類型等因素，并經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)而得出的經(jīng)驗(yàn)值，詳細(xì)數(shù)值可以參見(jiàn)雷達(dá)手冊(cè)。

4.5令m不變，且n分別取1至n，重復(fù)執(zhí)行4.4，進(jìn)而分別得到基于ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦硐胄禽dsar圖像中第m行、第1列處像素點(diǎn)的幅度σm1至基于ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦硐胄禽dsar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的幅度σmn，記為基于ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦硐胄禽dsar圖像中第m行n個(gè)像素點(diǎn)的幅度σm。

4.6令m分別取1至p，重復(fù)執(zhí)行4.5，進(jìn)而分別得到基于ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦硐胄禽dsar圖像中第1行n個(gè)像素點(diǎn)的幅度σ1至基于ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦硐胄禽dsar圖像中第p行n個(gè)像素點(diǎn)的幅度σp，記為基于ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦硐胄禽dsar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的幅度，并將所述基于ulaby地物散射系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦硐胄禽dsar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的幅度作為經(jīng)過(guò)反演得到的理想星載sar圖像，簡(jiǎn)記為最終反演的理想星載sar圖像sima。

步驟5，分別計(jì)算待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像sima在方位向的像素偏差量na，以及待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像sima在距離向的像素偏差量nr。

步驟5的子步驟為：

5.1對(duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像和最終反演的理想星載sar圖像sima進(jìn)行配準(zhǔn)可以使用很多方法，本發(fā)明采用相關(guān)函數(shù)法在頻域?qū)崿F(xiàn)，將待校正的實(shí)際星載sar圖像和最終反演的理想星載sar圖像sima分別變換到二維頻域，分別得到待校正的實(shí)際星載sar圖像的二維頻譜s2f，以及最終反演的理想星載sar圖像的二維頻譜σ2f，其表達(dá)式分別為：

s2f＝fft(fft(sreal))(9)

σ2f＝fft(fft(σmn))(10)

其中，fft表示做快速傅立葉變換操作，sreal表示待校正的實(shí)際星載sar圖像，σmn表示最終反演的理想星載sar圖像sima，下標(biāo)2f表示二維頻域。

使用max函數(shù)分別確定待校正的實(shí)際星載sar圖像的二維頻譜s2f的峰值位置和最終反演的理想星載sar圖像的二維頻譜σ2f的峰值位置，然后比較s2f的峰值位置和σ2f的峰值位置的偏差，分別將s2f的峰值位置記作(samax，srmax)，將σ2f的峰值位置記作(σamax，σrmax)，samax表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的二維頻譜最大值所在位置在方位向的坐標(biāo)值，srmax表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的二維頻譜最大值所在位置在距離向的坐標(biāo)值，σamax表示最終反演的理想星載sar圖像的二維頻譜最大值所在位置在方位向的坐標(biāo)值，σrmax表示最終反演的理想星載sar圖像的二維頻譜最大值所在位置在距離向的坐標(biāo)值。

5.2進(jìn)而分別計(jì)算得到待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像sima在方位向的像素偏差量na，以及待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像sima在距離向的像素偏差量nr，其表達(dá)式分別為：

na＝samax-σamax(11)

nr＝srmax-σrmax(12)。

步驟6，根據(jù)待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像sima在方位向的像素偏差量na，以及待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像sima在距離向的像素偏差量nr，使用matlab中二維插值函數(shù)interp2對(duì)待校正的實(shí)際星載sar圖像進(jìn)行幾何精校正，得到幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像。

具體地，根據(jù)待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像在方位向的像素偏差量na，以及待校正的實(shí)際星載sar圖像相對(duì)于最終反演的理想星載sar圖像距離向的像素偏差量nr，使用matlab中二維插值函數(shù)interp2對(duì)幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像進(jìn)行幾何精校正，得到幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像，即分別令x為幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第x行,x＝1,2,3,…,p；y為幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第y列,y＝1,2,3,…,n，p表示待處理的實(shí)際星載sar圖像的方位向包含的像素?cái)?shù)個(gè)數(shù)，與幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像的列數(shù)取值相等；n表示待校正的實(shí)際星載sar圖像的距離向包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，與幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像的行數(shù)取值相等。

將幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第x行、第y列處的像素點(diǎn)記為重采樣后的實(shí)際星載sar圖像srxy，srxy＝interp2(x，y，sreal，x+nr，y+na)，sreal表示待校正的實(shí)際星載sar圖像，interp2表示matlab中二維插值函數(shù)。

x＝1,2,3,…,p，y＝1,2,3,…,n，遍歷待校正的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)，進(jìn)而得到幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像。

步驟7，對(duì)幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像進(jìn)行地理編碼，得到地理編碼后的幾何精校正星載sar圖像。

具體地，幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)都是wgs84坐標(biāo)系中的，現(xiàn)在將幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)分別轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯度坐標(biāo)系中；使用matlab中自帶的一個(gè)函數(shù)ecef2lla將幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)分別轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯度坐標(biāo)系中，其轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖5所示。

圖5中的左圖是幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像，圖4中的右圖是由經(jīng)度軸和緯度軸組成的經(jīng)緯度坐標(biāo)系；當(dāng)知道幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)的wgs84坐標(biāo)后，通過(guò)ecef2lla函數(shù)將幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中每一個(gè)像素點(diǎn)的wgs84坐標(biāo)分別轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯度坐標(biāo)系中，具體為：

7.1令幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)為t'mn，t'mn的wgs84坐標(biāo)為(x'mn,y'mn,z'mn)，x'mn表示幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)t'mn在wgs84坐標(biāo)系中x軸的坐標(biāo)值，y'mn表示幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)t'mn在wgs84坐標(biāo)系中y軸的坐標(biāo)值，z'mn表示幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)t'mn在wgs84坐標(biāo)系中z軸的坐標(biāo)值。

將幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)t'mn的wgs84坐標(biāo)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯度坐標(biāo)系中，得到幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)(lmn,bmn,hmn)，lmn表示幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的經(jīng)度值，bmn表示幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的緯度值，hmn表示幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處像素點(diǎn)的高度值。

7.2令m不變，且n分別取1至n，重復(fù)執(zhí)行7.1，進(jìn)而分別得到幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第1列處的像素點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)(lm1,bm1,hm1)至幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行、第n列處的像素點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)(lmn,bmn,hmn)，記為幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第m行n個(gè)像素點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)。

7.3令m分別取1至p，重復(fù)執(zhí)行7.2，進(jìn)而分別得到幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第1行n個(gè)像素點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)至幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中第p行n個(gè)像素點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，記為幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的經(jīng)緯度坐標(biāo)，并將所述幾何精校正后的實(shí)際星載sar圖像中p×n個(gè)像素點(diǎn)各自的經(jīng)緯度坐標(biāo)作為地理編碼后的幾何精校正星載sar圖像。

結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明效果作進(jìn)一步驗(yàn)證說(shuō)明。

參照?qǐng)D6，為高分三號(hào)星載sar圖像示意圖，圖6中每個(gè)像素點(diǎn)的經(jīng)緯度和實(shí)際經(jīng)緯度都是存在偏差的，這些偏差是由于星載雷達(dá)的系統(tǒng)誤差造成的。

圖7a為圖6中地形起伏較大的山地部分示意圖；用所述地形起伏較大的山地部分確定星載sar圖像的系統(tǒng)誤差，從而完成幾何精校正。

圖7b為根據(jù)本發(fā)明方法對(duì)幾何精校正后的圖7a中每一個(gè)像素點(diǎn)分別進(jìn)行反演后得到的理想星載sar圖像示意圖；

圖8為對(duì)圖6進(jìn)行幾何精校正后得到的星載sar圖像示意圖；

選取圖8所在場(chǎng)景中的一個(gè)像素點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證幾何精校正的效果，圖8上半部分是城區(qū)，在密集的城區(qū)中有一塊矩形的建筑區(qū)，如圖8中的十字線處，選取圖8矩形建筑區(qū)的右下角這個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

用googleearth準(zhǔn)確找出這個(gè)像素點(diǎn)的經(jīng)緯度高程坐標(biāo)為：(34.896336，112.816433，113)，第一個(gè)參數(shù)是緯度，第二個(gè)參數(shù)是經(jīng)度，第三個(gè)參數(shù)是高程，該經(jīng)緯度高程坐標(biāo)是該像素點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)。

在未進(jìn)行幾何精校正之前，經(jīng)過(guò)定位這個(gè)點(diǎn)的經(jīng)緯度高程為：(34.897016，112.817699，113)，這個(gè)坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)的距離誤差為138.1368m。

進(jìn)行幾何精校正之后，這個(gè)點(diǎn)的經(jīng)緯度高程為：(34.896536，112.816483，113)，這個(gè)坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)的距離誤差為22.6720m。

可以看出，經(jīng)過(guò)本專利的幾何精校正技術(shù)，sar圖像中像素點(diǎn)的位置更加準(zhǔn)確，sar圖像的利用價(jià)值更高；圖6和圖8整體看上去差距不大，但是選擇其中的一個(gè)點(diǎn)去進(jìn)行評(píng)估，就會(huì)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)幾何精校正后的圖像比校正之前，每個(gè)像素點(diǎn)的位置有了更為精確的改善；圖9為圖8經(jīng)過(guò)地理編碼后得到的結(jié)果示意圖；圖10為對(duì)圖9中的每一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估后的結(jié)果示意圖。

綜上所述，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本發(fā)明的正確性，有效性和可靠性。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。