基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，首先，各burst数据或条带子带数据在完成距离脉压和距离徙动校正后，选择合适的参考斜距进行双曲到二次方位变标，通过SPECAN完成方位聚焦；其次，修正SAR图像距离门斜距和多普勒频率参数，确定RD定位模型参数；接着，SAR图像4个顶点RD定位，确定场景覆盖范围并完成网格划分；然后，各网格点逆RD定位，确定网格点在SAR图像中的方位位置和距离位置；最后，SAR图像重采样，完成图像定位。本发明专利技术中定位方法稳健、精度高，已经有效应用于星载SAR扫描模式burst图像定位处理。

【技术实现步骤摘要】
基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法
本专利技术属于空间微波雷达应用领域，尤其涉及宽幅ScanSAR等模式的SAR图像定位技术。
技术介绍
自RADARSAT和SIR-C实现扫描模式以来，ScanSAR模式成为了标准的SAR成像模式，几乎所有的星载SAR系统都具有ScanSAR模式。ScanSAR模式通过牺牲分辨率来获取较宽的观测宽度，在海面船只监测、海岸线监测、冰川监测等方面有广泛的应用。而实现上百公里的宽幅ScanSAR模式高精度高效成像和定位是ScanSAR地面处理的重要工作之一。通常星载ScanSAR模式的成像及定位流程是采用频谱分析(SPECAN)技术对每个burst数据进行成像，然后利用距离-多普勒(RD)算法进行地理编码，最后根据每个burst地理编码结果进行burst拼接，获得全幅ScanSAR几何校正图像。但由于传统SPECAN算法在方位聚焦后得到的图像方位间隔随距离门变化，无法进行L1级图像的多视处理等。因此，AlbertoMoreira等人提出了改进的ECS算法，该算法同时采用方位变标技术和SPECAN技术完成方位高精度聚焦，并得到方位等间隔的L1级子图像，广泛应用于条带等模式子孔径成像和ScanSAR成像处理。但该方法相对于传统SPECAN技术会改变目标成像位置多普勒，不能直接利用目标所在多普勒位置频率进行RD方程构造，否则定位结果出错。目前，针对常规成像算法和SPECAN处理的定位研究都是基于成像参数的RD定位模型展开的，但不能直接应用于基于方位变标和SPECAN处理的SAR图像定位。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，通过分析方位变标和频谱分析处理后目标成像方位多普勒频率位置与实际方位多普勒频率的关系，给出了成像多普勒频率变化和斜距变化模型，修正了RD定位模型参数，有效实现了基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，所述方法包括如下步骤：S1根据SAR成像方位变标参数，修正SAR图像距离门斜距和多普勒频率参数，从而确定SAR雷达RD定位模型参数；S2根据确定的SAR雷达RD定位模型参数，对SAR图像的4个顶点进行RD定位，确定SAR图像对应的场景覆盖范围；S3根据经纬度网格间隔要求，对SAR图像场景覆盖范围进行网格划分，得到各网格点的经纬高；S4根据各网格点的经纬高，对各网格点进行逆RD定位，确定网格点在SAR图像中的方位位置和距离位置；S5根据各网格点在SAR图像中的方位位置和距离位置，对SAR图像进行重采样，得到各网格点像素值，实现SAR图像定位。优选的，在步骤S1中，SAR图像各像素相对成像中心时刻雷达位置的多普勒频率fa,new不再是传统SPECAN技术成像后的方位多普勒频率fa。优选的，SAR图像各像素相对成像中心时刻雷达位置的多普勒频率fa,new表达式，如下式中，Rb为SAR图像各距离门最短斜距，fa为方位多普勒频率，Rscl为方位变标参考斜距，θsq,c为多普勒中心斜视角。优选的，fa和θsq,c表达式为：式中，PRF为脉冲重复频率，Ve为雷达速度，Na为SAR图像的方位向点数，λ为波长，fdc为多普勒中心频率；因此，方位变标和SPECAN后，各像素目标相对成像中心时刻雷达位置的真实多普勒频率fa,real为：由此，SAR图像各像素相对成像中心时刻雷达位置的斜距Rt(Rb；fa,real)为：优选的，在步骤S2中，SAR图像4个顶点的RD定位模型为：式中，和分别为WGS-84坐标系下burst数据或条带子带数据成像中心时刻雷达位置和速度矢量，为WGS-84坐标系下定位目标矢量，Ptx、Pty、Ptz分别为在WGS84坐标系下x、y、z轴上的分量，Rt和fa,real分别为目标位置到成像中心时刻雷达位置的相对斜距长度和多普勒频率，Req和Rep分别为考虑目标高程的地球赤道半径和极地半径。优选的，在步骤S2中，4个顶点的定位用多普勒频率和斜距分别为：其中，Nr为距离向点数，fa,real,1和Rt,1分别为SAR图像方位起始时刻第一个距离门内顶点的定位用多普勒频率和斜距，fa,real,2和Rt,2分别为SAR图像方位结束时刻第1个距离门内顶点的定位用多普勒频率和斜距，fa,real,3和Rt,3分别为SAR图像方位起始时刻第Nr个距离门内顶点的定位用多普勒频率和斜距，fa,real,4和Rt,4分别为SAR图像方位结束时刻第Nr个距离门内顶点的定位用多普勒频率和斜距，根据上述参数即可实现SAR图像四个顶点的RD定位。优选的，在步骤S4中，确定各网格点在SAR图像中的方位位置i的步骤具体如下：A1将步骤S3中各网格点的经纬度坐标TGSC转到WGS-84坐标系中，得到目标矢量A2根据成像中心时刻雷达位置和速度计算网格点目标矢量到成像中心时刻雷达位置的距离Rt：计算网格点目标矢量到成像中心时刻雷达位置的多普勒频率fdc,t和斜视角θsq,t：A3将多普勒频率参数fa修正为：A4网格点在SAR图像中的方位位置i确定，计算公式为：式中，i＝-1表示当前网格点不在SAR图像内，fa,real,t(1)为fa,real,t中的第一个数，fa,real,t(2)为fa,real,t中的第二个数。优选的，在步骤S4中，确定各网格点在SAR图像中的距离位置j的步骤具体如下：B1根据网格点到成像中心时刻雷达位置的斜视角θsq,t，修正网格点到雷达的斜距Rt为：Rt,b＝Rtcos(θsq,t)B2网格点在SAR图像中的距离位置j确定，计算公式为：式中，i＝-1表示当前网格点不在SAR图像内，Rb(1)为Rb的第一个数，Rb(2)为Rb的第二个数。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术针对基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位，提出了一种有效的逆RD定位方法，可适用于ScanSAR模式burst成或条带子带成像的SAR图像定位处理，该定位方法处理精度高、稳健且实用性强；(2)本专利技术针对方位变标会改变频谱分析技术成像后目标的方位成像多普勒频率位置，给出了成像多普勒参数变化和斜距变化模型，修正了各目标相对成像中心时刻雷达位置的RD定位模型参数，保证了基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像RD定位和逆RD定位的有效实现。(3)本专利技术选择通过各目标相对成像中心时刻雷达位置的几何多普勒模型进行逆RD定位，无需解RD模型方程、无需计算搜索各目标固定多普勒雷达位置，有效提高了定位处理计算效率。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于方位变标和频谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/nS1根据SAR成像方位变标参数，修正SAR图像距离门斜距和多普勒频率参数，从而确定SAR雷达RD定位模型参数；/nS2根据确定的SAR雷达RD定位模型参数，对SAR图像的4个顶点进行RD定位，确定SAR图像对应的场景覆盖范围；/nS3根据经纬度网格间隔要求，对SAR图像场景覆盖范围进行网格划分，得到各网格点的经纬高；/nS4根据各网格点的经纬高，对各网格点进行逆RD定位，确定网格点在SAR图像中的方位位置和距离位置；/nS5根据各网格点在SAR图像中的方位位置和距离位置，对SAR图像进行重采样，得到各网格点像素值，实现SAR图像定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1根据SAR成像方位变标参数，修正SAR图像距离门斜距和多普勒频率参数，从而确定SAR雷达RD定位模型参数；
S2根据确定的SAR雷达RD定位模型参数，对SAR图像的4个顶点进行RD定位，确定SAR图像对应的场景覆盖范围；
S3根据经纬度网格间隔要求，对SAR图像场景覆盖范围进行网格划分，得到各网格点的经纬高；
S4根据各网格点的经纬高，对各网格点进行逆RD定位，确定网格点在SAR图像中的方位位置和距离位置；
S5根据各网格点在SAR图像中的方位位置和距离位置，对SAR图像进行重采样，得到各网格点像素值，实现SAR图像定位。


2.根据权利要求1所述的基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，其特征在于：在步骤S1中，SAR图像各像素相对成像中心时刻雷达位置的多普勒频率fa,new不再是传统SPECAN技术成像后的方位多普勒频率fa。


3.根据权利要求1所述的基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，其特征在于：SAR图像各像素相对成像中心时刻雷达位置的多普勒频率fa,new表达式，如下



式中，Rb为SAR图像各距离门最短斜距，fa为方位多普勒频率，Rscl为方位变标参考斜距，θsq,c为多普勒中心斜视角。


4.根据权利要求1所述的基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，其特征在于：fa和θsq,c表达式为：



式中，PRF为脉冲重复频率，Ve为雷达速度，Na为SAR图像的方位向点数，λ为波长，fdc为多普勒中心频率；因此，方位变标和SPECAN后，各像素目标相对成像中心时刻雷达位置的真实多普勒频率fa,real为：



由此，SAR图像各像素相对成像中心时刻雷达位置的斜距Rt(Rb；fa,real)为：





5.根据权利要求1所述的基于方位变标和频谱分析成像的SAR图像定位方法，其特征在于：在步骤S2中，SAR图像4个顶点的RD定位模型为：



式中，和分别为WGS-84坐标系下burst数据或条带子带数据成像中心时刻雷达位置和速度矢量，为WGS-84坐标系下定位目标矢量，Ptx、Pty、Ptz分别为在WGS84坐标系下x、y、z轴上的分量，Rt和fa,r...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨娟娟，邢妍，施浩强，高阳，党红杏，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61