一种SAR几何定标方法和系统与流程

一种sar几何定标方法和系统
技术领域
1.本发明涉及sar定标领域，尤其涉及一种sar几何定标方法和系统。


背景技术：

2.sar成像处理得到的斜平面单视复图像(slc)存在定位误差，定位误差分为距离定位误差和方位定位误差。在sar成像处理过程中采用有效的几何定标参数能够提高距离和方位的定位精度，在slc图像域也可通过几何定标模块提高距离和方位的定位精度。sar图像经过几何定标后，距离和方位仍存在一定的定位误差。当前现有的几何定标方法几何定标后，slc图像在方位的定位误差呈白噪声随机分布，定位精度在1个像素以内，满足后续应用需求。距离定位误差主要呈线性分布，定位精度远远超过采样间隔，不满足后续应用需求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种sar几何定标方法和系统。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
5.一种sar几何定标方法，包括：
6.根据目标的sar图像构建展开后的理想斜距模型，根据所述展开后的理想斜距模型结合预设距离定位误差建立误差斜距模型；
7.对所述误差斜距模型进行简化处理获得包括距离误差常数分量的误差斜距模型；
8.将所述距离误差常数分量进行平移处理，根据平移处理来对简化处理后的误差斜距模型的距离定位误差进行校正，获得校正的所述误差斜距模型，完成sar图像的几何定标。
9.本发明的有益效果是：本发明通过建立的理想斜距模型，得到不存在定位误差下的斜距级数展开表达式。然后建立存在距离线性分布误差下的斜距模型。接着通过更新电磁波速度，对存在距离线性分布误差下的斜距模型进行化简，得到仅含有距离误差常数分量的斜距模型，常数分量的距离误差通过平移即可校正，能够有效提高距离的定位精度。至此，完成sar图像的几何定标。
10.进一步地，所述根据目标的sar图像构建展开后的理想斜距模型，包括：
11.根据所述目标的sar图像构建理想斜距模型；
12.对所述理想斜距模型进行展开，获得展开后的理想斜距模型。
13.进一步地，所述预设距离定位误差包括：定位误差常数系数和定位误差线性系数。
14.进一步地，所述根据目标的sar图像构建理想斜距模型具体包括：
15.根据第一斜距模型公式构建所述理想斜距模型，所述第一斜距模型公式为：
[0016][0017]
其中，rn表示所述目标的位置，v表示表示雷达速度，tm表示方位时间，xn表示目标
的方位位置，θ0表示斜视角。
[0018]
进一步地，所述根据展开后的理想斜距模型结合预设距离定位误差建立误差斜距模型具体包括：
[0019]
根据第二斜距模型公式建立所述建立误差斜距模型，所述第二斜距模型公式为：
[0020][0021]
其中，r(tm)表示展开后的所述理想斜距模型，δre表示预设距离定位误差的定位误差常数系数，k为定位误差线性系数，表示距离时间，tm表示方位时间。
[0022]
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
[0023]
一种sar几何定标系统，包括：误差斜距模型建立模块、简化模块和误差校正模块；
[0024]
所述误差斜距模型建立模块用于根据目标的sar图像构建展开后的理想斜距模型，根据所述展开后的理想斜距模型结合预设距离定位误差建立误差斜距模型；
[0025]
所述简化模块用于对所述误差斜距模型进行简化处理获得包括距离误差常数分量的误差斜距模型；
[0026]
所述误差校正模块用于将所述距离误差常数分量进行平移处理，根据平移处理来对简化处理后的误差斜距模型的距离定位误差进行校正，获得校正的所述误差斜距模型，完成sar图像的几何定标。
[0027]
本发明的有益效果是：本发明通过建立的理想斜距模型，得到不存在定位误差下的斜距级数展开表达式。然后建立存在距离线性分布误差下的斜距模型。接着通过更新电磁波速度，对存在距离线性分布误差下的斜距模型进行化简，得到仅含有距离误差常数分量的斜距模型，常数分量的距离误差通过平移即可校正，能够有效提高距离的定位精度。至此，完成sar图像的几何定标。
[0028]
进一步地，还包括：
[0029]
所述误差斜距模型建立模块具体用于根据所述目标的sar图像构建理想斜距模型；
[0030]
对所述理想斜距模型进行展开，获得展开后的理想斜距模型。
[0031]
进一步地，所述预设距离定位误差包括：定位误差常数系数和定位误差线性系数。
[0032]
进一步地，
[0033]
所述模型构建展开模块具体用于根据第一斜距模型公式构建所述理想斜距模型，所述第一斜距模型公式为：
[0034][0035]
其中，rn表示所述目标的位置，v表示表示雷达速度，tm表示方位时间，xn表示目标的方位位置，θ0表示斜视角。
[0036]
进一步地，所述误差斜距模型建立模块具体用于
[0037]
根据第二斜距模型公式建立所述建立误差斜距模型，所述第二斜距模型公式为：
[0038][0039]
其中，r(tm)表示展开后的所述理想斜距模型，δre表示预设距离定位误差的定位误差常数系数，k为定位误差线性系数，表示距离时间，tm表示方位时间。
[0040]
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
[0041]
图1为本发明的实施例提供的一种sar几何定标方法的流程示意图；
[0042]
图2为本发明的实施例提供的一种sar几何定标系统的结构框架图；
[0043]
图3为本发明的其他实施例提供的成像几何关系的示意图；
[0044]
图4为本发明的其他实施例提供的几何校正前距离定位误差示意图；
[0045]
图5为本发明的其他实施例提供的线性系数校正完毕的距离定位误差示意图；
[0046]
图6为本发明的其他实施例提供的几何校正完毕的距离定位误差示意图；
[0047]
图7为本发明的其他实施例提供的几何校正完毕的方位定位误差示意图；
[0048]
图8为本发明的其他实施例提供的几何定标流程的示意图。
具体实施方式
[0049]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0050]
如图1所示，为本发明实施例提供的一种sar几何定标方法，包括：
[0051]
s1，根据目标的sar图像构建展开后的理想斜距模型，根据展开后的理想斜距模型结合预设距离定位误差建立误差斜距模型；其中，误差斜距模型是包括距离定位误差的理想斜距模型；预设距离定位误差包括：定位误差常数系数和定位误差线性系数。
[0052]
在某一实施例中，还可以包括：根据目标的sar图像构建理想斜距模型；其中，理想斜距模型表示不包含定位误差的斜距模型；其中定位误差可以包括：距离定位误差和方位定位误差。
[0053]
对理想斜距模型进行展开，获得展开后的理想斜距模型。
[0054]
在另一实施例中，建立理想斜距模型可以包括：
[0055]
斜视成像几何关系如图3所示，along-track为沿航向(飞行)方向，载机以速度v作匀速直线飞行，在tm＝0时刻，载机位于o1点，点目标位于p点，过o1垂直于飞行方向的直线o1o2与过p点平行于飞行方向的直线po2交于o2点，波束指向为o1o4，斜视角为θ0，根据图3，经过tm时间，载机运动到o3点，波束在地面投影为o5点。o1o4＝rn，po4＝xn，po3＝r(tm)。
[0056]
设电磁波速度为c，理想情况下雷达与目标间的瞬时斜距r(tm)如第一公式所示：
[0057][0058]
对第一公式进行级数展开，得第二公式：
[0059][0060]
第二公式中，o((vt
m-xn)4)为(vt
m-xn)的4次及以上次项。经分析，展开到(vt
m-xn)3项即可满足相位误差小于π/4的要求，此时r(tm)如下第三公式所示：
[0061][0062]
在某一实施例中，根据展开后的理想斜距模型结合预设距离定位误差建立误差斜距模型可以包括：
[0063]
根据sar slc数据及定标点测量数据可得距离定位误差参数，假设误差下的斜距模型如下第四公式所示：
[0064][0065]
其中δre为定位误差常数系数，k为定位误差线性系数，其中，sar slc数据表示合成孔径雷达的单视复数据。把第三公式代入第四公式，得第五公式：
[0066][0067]
s2，对误差斜距模型进行简化处理获得包括距离误差常数分量的误差斜距模型；
[0068]
s3，将距离误差常数分量进行平移处理，根据平移处理来对简化处理后的误差斜距模型的距离定位误差进行校正，获得校正的误差斜距模型，完成sar图像的几何定标。
[0069]
在某一实施例中，简化处理及距离误差校正可以包括：
[0070]
成像处理时，目标位置rn与电磁波速度c、距离时间有如下第六公式的对应关系：
[0071][0072]
更新电磁波速度，第七公式为：
[0073]cnew
＝c+2pk，
[0074]
其中p为待定常数，k表示定位误差线性系数。把第七公式代入第六公式，得第八公式：
[0075][0076]
令则代入第五公式，得第九公式：
[0077][0078]
第十公式为：
[0079][0080]
令δθ表示方位波束宽度，把代入第十公式，得第十一公式：
[0081][0082]
令：s(θ
0,
p)＝0，得第十二公式：
[0083][0084]
当p取第十二公式值时，s(θ0,p)＝0，此时第九公式为第十三公式：
[0085][0086]
第十三公式中仅含有距离误差的常数分量δre，通过平移进行校正。至此，完成sar图像几何定标。
[0087]
本发明通过建立的理想斜距模型，得到不存在定位误差下的斜距级数展开表达式。然后建立存在距离线性分布误差下的斜距模型。接着通过更新电磁波速度，对存在距离线性分布误差下的斜距模型进行化简，得到仅含有距离误差常数分量的斜距模型，常数分量的距离误差通过平移即可校正，能够有效提高距离的定位精度。至此，完成sar图像的几何定标。
[0088]
可选地，在上述任意实施例中，还包括：根据系统参数得到理想斜距模型第三公式的所示表达式。
[0089]
可选地，在上述任意实施例中，建立存在误差下的斜距模型可以包括：进行sar成像处理得到slc数据，结合定标点测量数据提取距离定位误差常数系数和线性系数，如图4所示，得到存在误差下的斜距模型式第五公式。
[0090]
可选地，在上述任意实施例中，化简校正存在误差下的斜距模型可以包括：利用第七公式、第十二公式进行电磁波速度更新，得到线性系数校正完毕的斜距误差模型即第十三公式，线性系数校正完毕的距离定位误差如图5所示；距离定位误差常数系数及方位定位误差通过平移校正，其中，几何校正流程如图8，校正完毕后的结果如图4、图5，完成几何定标。
[0091]
优选地，在上述任意实施例中，所述根据目标的sar图像构建展开后的理想斜距模型，包括：
[0092]
根据目标的sar图像构建理想斜距模型；其中，理想斜距模型表示不包含定位误差的斜距模型。
[0093]
对理想斜距模型进行展开，获得展开后的理想斜距模型。
[0094]
优选地，在上述任意实施例中，预设距离定位误差包括：定位误差常数系数和定位误差线性系数。
[0095]
优选地，在上述任意实施例中，根据目标的sar图像构建理想斜距模型具体包括：
[0096]
根据第一斜距模型公式构建所述理想斜距模型，所述第一斜距模型公式为：
[0097][0098]
其中，rn表示所述目标的位置，v表示表示雷达速度，tm表示方位时间，xn表示目标的方位位置，θ0表示斜视角。
[0099]
优选地，在上述任意实施例中，根据展开后的理想斜距模型结合预设距离定位误差建立误差斜距模型具体包括：
[0100]
根据第二斜距模型公式建立所述建立误差斜距模型，所述第二斜距模型公式为：
[0101][0102]
其中，r(tm)表示展开后的所述理想斜距模型，δre表示预设距离定位误差的定位误差常数系数，k为定位误差线性系数，表示距离时间，tm表示方位时间。
[0103]
在某一实施例中，如图2所示，一种sar几何定标系统，包括：误差斜距模型建立模
块1101、简化模块1102和误差校正模块1103；
[0104]
误差斜距模型1101建立模块用于根据目标的sar图像构建展开后的理想斜距模型，根据展开后的理想斜距模型结合预设距离定位误差建立误差斜距模型；
[0105]
简化模块1102用于对误差斜距模型进行简化处理获得包括距离误差常数分量的误差斜距模型；
[0106]
误差校正模块1103用于将距离误差常数分量进行平移处理，根据平移处理来对简化处理后的误差斜距模型的距离定位误差进行校正，获得校正的误差斜距模型，完成sar图像的几何定标。
[0107]
本发明通过建立的理想斜距模型，得到不存在定位误差下的斜距级数展开表达式。然后建立存在距离线性分布误差下的斜距模型。接着通过更新电磁波速度，对存在距离线性分布误差下的斜距模型进行化简，得到仅含有距离误差常数分量的斜距模型，常数分量的距离误差通过平移即可校正，能够有效提高距离的定位精度。至此，完成sar图像的几何定标。
[0108]
优选地，在上述任意实施例中，还包括：所述误差斜距模型建立模块具体用于根据目标的sar图像构建理想斜距模型；
[0109]
对理想斜距模型进行展开，获得展开后的理想斜距模型。
[0110]
优选地，在上述任意实施例中，预设距离定位误差包括：定位误差常数系数和定位误差线性系数。
[0111]
优选地，在上述任意实施例中，模型构建展开模块具体用于
[0112]
根据第一斜距模型公式构建所述理想斜距模型，所述第一斜距模型公式为：
[0113][0114]
其中，rn表示所述目标的位置，v表示表示雷达速度，tm表示方位时间，xn表示目标的方位位置，θ0表示斜视角。优选地，在上述任意实施例中，误差斜距模型建立模块1101具体用于
[0115]
根据第二斜距模型公式建立所述建立误差斜距模型，所述第二斜距模型公式为：
[0116][0117]
其中，r(tm)表示展开后的所述理想斜距模型，δre表示预设距离定位误差的定位误差常数系数，k为定位误差线性系数，表示距离时间，tm表示方位时间。
[0118]
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
[0119]
需要说明的是，上述各实施例是与在先方法实施例对应的产品实施例，对于产品实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。
[0120]
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本
领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0121]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0122]
上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0123]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。