本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理，尤其涉及一種基于永久散射體的星群sar幾何定標(biāo)方法。

背景技術(shù)：

1、單顆sar衛(wèi)星幾何定標(biāo)技術(shù)是以觀測(cè)場(chǎng)景內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定的地面目標(biāo)點(diǎn)為基準(zhǔn)，對(duì)單顆sar衛(wèi)星的斜距測(cè)量誤差進(jìn)行估計(jì)和校正，從而提高單幅sar圖像的幾何定位精度。

2、星群sar幾何定標(biāo)技術(shù)是在單顆衛(wèi)星幾何定標(biāo)的基礎(chǔ)上，針對(duì)星群sar系統(tǒng)中不同衛(wèi)星之間的斜距測(cè)量精度不一致問題，提出的一種幾何定標(biāo)方法，其目的在于解決大區(qū)域多幅sar圖像之間的平面位置偏移、錯(cuò)位等問題。該技術(shù)可以大幅度提升sar圖像無縫拼接精度，為sar圖像目標(biāo)檢測(cè)和目標(biāo)解譯等應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

3、目前常用的sar幾何定標(biāo)方法有：基于有源定標(biāo)器定標(biāo)方法和基于無源定標(biāo)器定標(biāo)方法。有源定標(biāo)器是指定標(biāo)器的安裝平臺(tái)配有電源裝置和遠(yuǎn)程控制裝置，可以根據(jù)雷達(dá)的波束照射方向遠(yuǎn)程調(diào)控定標(biāo)器的旋轉(zhuǎn)角度，從而達(dá)到最佳定標(biāo)性能。無源定標(biāo)器是指未配備電源裝置，只能手動(dòng)調(diào)節(jié)安裝角度的定標(biāo)器。

4、對(duì)于國(guó)內(nèi)城區(qū)等平坦地形的觀測(cè)場(chǎng)景，可以人工布設(shè)足夠數(shù)量的有源或無源定標(biāo)器，而境外區(qū)域以及陡峭山區(qū)、沙漠、戈壁灘等偏遠(yuǎn)地區(qū)則難以保證足夠數(shù)量的定標(biāo)器，傳統(tǒng)的幾何定標(biāo)方法處理精度受限于定標(biāo)器的數(shù)量，在很多場(chǎng)景下無法實(shí)施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明通過提供一種基于永久散射體的星群sar幾何定標(biāo)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的幾何定標(biāo)方法處理精度受限于定標(biāo)器的數(shù)量，在很多場(chǎng)景下無法實(shí)施的問題，實(shí)現(xiàn)了能夠適應(yīng)不同地形地貌的觀測(cè)場(chǎng)景，提供性能穩(wěn)定、可靠的幾何定標(biāo)結(jié)果。同時(shí)，將幾何定標(biāo)技術(shù)從傳統(tǒng)的單顆衛(wèi)星誤差校正拓展到三顆及三顆以上的sar衛(wèi)星星群系統(tǒng)參數(shù)校正，能夠滿足新的行業(yè)需求。

2、本發(fā)明提供了一種基于永久散射體的星群sar幾何定標(biāo)方法，該方法包括：

3、構(gòu)建星群sar系統(tǒng)，根據(jù)所述星群sar系統(tǒng)中的每個(gè)sar衛(wèi)星sk,k≥3得到與每個(gè)sar衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的sar圖像；

4、確定每個(gè)所述sar圖像各頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，根據(jù)每個(gè)所述sar圖像各頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)確定多張sar圖像的重合區(qū)域，并根據(jù)所述重合區(qū)域確定所述重合區(qū)域各頂點(diǎn)的重合區(qū)域的經(jīng)緯度范圍；

5、將所述重合區(qū)域的經(jīng)緯度范圍進(jìn)行sar反向定位，得到所述重合區(qū)域的各個(gè)頂點(diǎn)在sar圖像坐標(biāo)系的sar圖像行列坐標(biāo)，并建立所述重合區(qū)域的經(jīng)緯度范圍和所述sar圖像行列坐標(biāo)(row，col)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

6、確定篩選條件，在所述重合區(qū)域提取滿足所有所述篩選條件的多個(gè)ps點(diǎn)，并分別確定每個(gè)ps點(diǎn)在對(duì)應(yīng)的各個(gè)sar圖像中的ps行列坐標(biāo)索引；

7、構(gòu)建星群sar幾何定標(biāo)方程，并將每個(gè)ps點(diǎn)對(duì)應(yīng)的ps行列坐標(biāo)索引輸入至所述星群sar幾何定標(biāo)方程中，計(jì)算得到所述星群sar系統(tǒng)中各衛(wèi)星的斜距測(cè)量誤差修正量；

8、根據(jù)所述各衛(wèi)星的斜距測(cè)量誤差修正量和修正公式對(duì)所述sar圖像進(jìn)行修正，得到修正完成的sar圖像。

9、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述星群sar系統(tǒng)的工作模式包括：?jiǎn)晤w衛(wèi)星的獨(dú)立工作模式或多顆衛(wèi)星協(xié)同工作模式。

10、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)每個(gè)所述sar圖像各頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)確定多張sar圖像的重合區(qū)域，包括：

11、確定所述星群sar系統(tǒng)中的任意一顆衛(wèi)星的各頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)為重合區(qū)域的初始經(jīng)緯度范圍；

12、遍歷所述星群sar系統(tǒng)中其余衛(wèi)星，將該衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度范圍與所述初始經(jīng)緯度范圍求交集，得到交集范圍；

13、將所述初始經(jīng)緯度范圍更新為所述交集范圍，直至遍歷結(jié)束，得到多張sar圖像的重合區(qū)域。

14、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述將所述重合區(qū)域的經(jīng)緯度范圍進(jìn)行sar反向定位，得到所述重合區(qū)域的各個(gè)頂點(diǎn)在sar圖像坐標(biāo)系的sar圖像行列坐標(biāo)，包括：

15、確定所述sar圖像對(duì)應(yīng)衛(wèi)星的衛(wèi)星位置矢量和衛(wèi)星速度矢量，并根據(jù)所述重合區(qū)域的經(jīng)緯度范圍確定所述重合區(qū)域各個(gè)頂點(diǎn)的重合頂點(diǎn)位置矢量；

16、利用所述衛(wèi)星位置矢量、所述衛(wèi)星速度矢量和所述重合頂點(diǎn)位置矢量確定多普勒頻率為0的第一時(shí)刻；

17、根據(jù)所述第一時(shí)刻和坐標(biāo)計(jì)算公式計(jì)算得到所述重合區(qū)域的各個(gè)頂點(diǎn)在sar圖像坐標(biāo)系的sar圖像行列坐標(biāo)。

18、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述利用所述衛(wèi)星位置矢量、所述衛(wèi)星速度矢量和所述重合頂點(diǎn)位置矢確定多普勒頻率為0的第一時(shí)刻，包括：

19、利用所述衛(wèi)星位置矢量、所述衛(wèi)星速度矢量和所述重合頂點(diǎn)位置矢量，利用第一計(jì)算公式計(jì)算得到多普勒頻率為0的第一時(shí)刻；其中，所述第一計(jì)算公式表示為：

20、

21、其中，vs表示衛(wèi)星速度矢量；λ表示雷達(dá)電磁波波長(zhǎng)；pt表示重合區(qū)域各個(gè)頂點(diǎn)的重合頂點(diǎn)位置矢量；ps表示衛(wèi)星位置矢量，fdc表示多普勒頻率。

22、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述坐標(biāo)計(jì)算公式表示為：

23、

24、

25、其中，zerodopplertime表示第一時(shí)刻；imagestarttime表示雷達(dá)開機(jī)時(shí)間；prt表示雷達(dá)脈沖重復(fù)周期；row表示sar圖像坐標(biāo)系的sar圖像行坐標(biāo)；col表示sar圖像坐標(biāo)系的sar圖像列坐標(biāo)；pt表示重合區(qū)域各個(gè)頂點(diǎn)的重合頂點(diǎn)位置矢量；ps表示衛(wèi)星位置矢量；nearrange表示觀測(cè)場(chǎng)景的近邊斜距；widthspace表示距離向采樣間隔。

26、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述篩選條件包括：

27、不同衛(wèi)星在不同時(shí)間從不同角度對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行觀測(cè)獲取的sar圖像中，目標(biāo)點(diǎn)的形狀和地理位置均相同；

28、所述ps點(diǎn)與周圍背景目標(biāo)之間包括輪廓分界線；

29、衛(wèi)星從不同角度觀測(cè)同一場(chǎng)景獲取的sar圖像中ps點(diǎn)的形狀和亮度的相似度最高。

30、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述構(gòu)建星群sar幾何定標(biāo)方程，并將每個(gè)ps點(diǎn)對(duì)應(yīng)的ps行列坐標(biāo)索引輸入至所述星群sar幾何定標(biāo)方程中，計(jì)算得到所述星群sar系統(tǒng)中各衛(wèi)星的斜距測(cè)量誤差修正量，包括：

31、確定多張sar圖像中的任意一副圖像為基準(zhǔn)sar圖像，循環(huán)遍歷所述多個(gè)ps點(diǎn)；

32、根據(jù)每個(gè)ps點(diǎn)在所述基準(zhǔn)sar圖像中的行列坐標(biāo)索引，確定每個(gè)ps點(diǎn)在直角坐標(biāo)系中的第一坐標(biāo)；

33、根據(jù)所述重合區(qū)域的經(jīng)緯度范圍確定所述重合區(qū)域各個(gè)頂點(diǎn)的重合頂點(diǎn)位置矢量和所述第一坐標(biāo)，計(jì)算得到第m個(gè)ps點(diǎn)在各sar圖像中的行列坐標(biāo)幾何觀測(cè)值；

34、根據(jù)每個(gè)衛(wèi)星的所述ps行列坐標(biāo)索引與所述行列坐標(biāo)幾何觀測(cè)值之間的偏差和所述星群sar幾何定標(biāo)方程得到斜距測(cè)量誤差；

35、對(duì)所述斜距測(cè)量誤差進(jìn)行擬合求解，得到所述星群sar系統(tǒng)中各衛(wèi)星的斜距測(cè)量誤差修正量。

36、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)每個(gè)ps點(diǎn)在所述基準(zhǔn)sar圖像中的行列坐標(biāo)索引，確定每個(gè)ps點(diǎn)在直角坐標(biāo)系中的第一坐標(biāo)，包括：

37、利用每個(gè)ps點(diǎn)在所述基準(zhǔn)sar圖像中的行列坐標(biāo)索引，通過第二計(jì)算公式，得到每個(gè)ps點(diǎn)在直角坐標(biāo)系中的第一坐標(biāo)；其中，所述第二計(jì)算公式具體表示為：

38、

39、其中，xs1表示基準(zhǔn)衛(wèi)星在直角坐標(biāo)系的x軸坐標(biāo)；ys1表示基準(zhǔn)衛(wèi)星在直角坐標(biāo)系的y軸坐標(biāo)；zs1表示基準(zhǔn)衛(wèi)星在直角坐標(biāo)系的z軸坐標(biāo)；rowm_1表示基準(zhǔn)sar圖像中的行索引；colm_1表示基準(zhǔn)sar圖像中的列索引；xm表示第一坐標(biāo)的x軸值；ym表示第一坐標(biāo)的y軸值；zm表示第一坐標(biāo)的z軸值；nr表示觀測(cè)場(chǎng)景的近邊斜距；ws表示距離向采樣間隔；vx表示基準(zhǔn)衛(wèi)星的x軸速度；vy表示基準(zhǔn)衛(wèi)星的y軸速度；vz表示基準(zhǔn)衛(wèi)星的z軸速度；λ表示雷達(dá)電磁波波長(zhǎng)；re表示地球赤道半徑；h表示觀測(cè)場(chǎng)景的地表高程值；rp表示地球極地半徑，fdc表示多普勒頻率。

40、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述修正公式表示為：

41、r(row,col)＝nr+ws·col+rcal(row,col)；

42、其中，nr表示觀測(cè)場(chǎng)景的近邊斜距；ws表示距離向采樣間隔；col表示在sar圖像坐標(biāo)系的sar圖像行坐標(biāo)；row表示在sar圖像坐標(biāo)系的sar圖像列坐標(biāo)；nr+ws·col表示修正前的雷達(dá)斜距測(cè)量值表達(dá)式；rcal(row,col)表示斜距測(cè)量誤差修正量；r(row,col)表示修正后的斜距。

43、本發(fā)明中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

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

45、本發(fā)明利用對(duì)各個(gè)衛(wèi)星所得到的sar圖像的重合區(qū)域計(jì)算了星群sar系統(tǒng)中相對(duì)于每個(gè)衛(wèi)星的斜距測(cè)量誤差修正量，根據(jù)斜距測(cè)量誤差修正量對(duì)sar圖像進(jìn)行修正，擺脫了對(duì)定標(biāo)器的依賴，且能夠適應(yīng)各種地形地貌的觀測(cè)數(shù)據(jù)。