一种高精度的机载SAR图像平面定位方法

本发明属于微波遥感，旨在提出一种高精度的机载sar(syntheticaperture radar，合成孔径雷达)图像平面定位方法。

背景技术：

1、机载sar灵活多变，可以全天时、全天候、高分辨率对目标区域成像的同时，还能够对场景中的目标高精度定位，在对重点目标和区域进行有效监控中发挥着重要的作用。随着机载高分辨率sar技术的日趋成熟，对目标定位精度提出了更高的要求，因此对机载sar高精度定位技术的研究具有重要意义和实用价值。

2、机载sar图像定位根据定位过程是否需要地面参考点通常可分为相对定位方法和绝对定位方法。相对定位方法，参见文献：jiang,w.；yu,a.；dong,z.refined polynomialgeometric correction methods for spaceborne sar image.in proceedings of the2016cie international conference on radar,guangzhou,china,10-13october 2016；pp.1-4.http://dx.doi.org/10.1109/radar.2016.8059216，该方法依据具有精确地理位置信息的地面参考点，选择合适的模型，如多项式模型和共线方程模型，利用地面参考点的先验位置信息反求图像区域的位置信息。但是在某些目标区域如海洋、沙漠、军事区等，往往无法轻易获取地面参考点的精确地理位置信息(即经纬度、高度)；且这类定位方法容易受到地形起伏、地面参考点的数量和分布的影响，使得基于地面参考点的相对定位技术局限性很大。

3、绝对定位技术即无地面参考点定位技术，参见文献：luo,y.；qiu,x.；dong,q.；fu,k.arobust stereo positioning solution for multiview spaceborne sar imagesbased on range-doppler model.ieee geosci.remote sens.lett.2022,19,1-5.http://dx.doi.org/10.1109/lgrs.2020.3048731，该类方法根据机载雷达的成像机理求得目标区域的位置信息。此类方法容易受到载机导航系统提供的载机运动参数的影响，当载机受高空气流影响产生的运动误差和导航系统记录的载机运动参数的偏差较大时，会严重影响机载sar图像的定位精度。

技术实现思路

1、为了提高机载sar图像的平面定位精度，发明人进行了大量研究和工作。通过多次飞行试验，发明人发现：在一次飞行中具有相同成像模式的机载雷达获取的同一目标区域的不同视角的机载sar图像的系统定位误差具有相对一致的特点。基于这个发现，本发明提出了一种高精度的机载sar图像平面定位方法。与现有方法相比，本发明能够更精确、更方便的解算sar图像中每个像素的经纬度位置，提高sar图像平面定位精度。

2、本发明的技术方案是：一种高精度的机载sar图像平面定位方法，其特征在于，利用在一次飞行中具有相同成像模式的机载雷达获取的同一目标区域的不同视角的两幅sar图像，在两幅sar图像中选取至少一个同名点，利用同名点构建位置等价方程，求解位置等价方程得到sar图像的系统定位误差，利用系统定位误差对本次飞行中所有的sar图像中的每一个像素点进行校正，完成sar图像的定位。

3、以一个同名点为例，构造的位置等价方程为：

4、

5、其中，[i1 j1]和[i2 j2]分别为一个同名点在两幅机载sar图像中的像素位置；c1和c2分别为两幅机载sar图像中目标的像素位置与地理位置间的一阶项系数转换矩阵，d1和d2分别为两幅机载sar图像中目标的像素位置与地理位置间的常数项系数转换矩阵；ρr1和ρr2分别为两幅机载sar图像在距离向上的采样间隔，ρa1和ρa2分别为两幅机载sar图像在方位向上的采样间隔；δr和δa分别为本次飞行中机载sar图像在距离向和方位向上的系统定位误差。

6、利用下式计算本次飞行中的获取的任意一幅sar图像中任意像素[i j]的平面定位结果[b′l′]：

7、

8、其中，ρr为所计算的机载sar图像在距离向上的采样间隔，ρa为所计算的机载sar图像在方位向上的采样间隔；c为所计算的机载sar图像中目标的像素位置与地理位置间的一阶项系数转换矩阵，d为所计算的机载sar图像中目标的像素位置与地理位置间的常数项系数转换矩阵。

9、采用本发明可取得以下技术效果：

10、本发明从影响机载sar图像定位精度的机理出发，利用在一次飞行中具有相同成像模式的机载雷达获取的同一目标区域的不同视角机载sar图像的系统定位误差具有相对一致的特点，以至少一个同名点构建位置等价方程，通过正确估计机载sar图像的系统定位误差计算求取sar图像中每个像素的精确平面位置。本发明不需要已知精确地理位置信息的地面参考点，也不需要利用载机的精确轨道信息，因此解决了现有机载sar图像定位方法解算条件苛刻的问题。实测数据实验结果表明，本发明能够大幅度提高机载sar图像的平面定位精度。本发明在sar图像定位、地理测绘等领域有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种高精度的机载sar图像平面定位方法，sar是指合成孔径雷达，其特征在于，利用在一次飞行中具有相同成像模式的机载雷达获取的同一目标区域的不同视角的两幅sar图像，在两幅sar图像中选取至少一个同名点，利用同名点构建位置等价方程，求解位置等价方程得到sar图像的系统定位误差，利用系统定位误差对本次飞行中所有的sar图像中的每一个像素点进行校正，完成sar图像的定位。

2.根据权利要求1所述的高精度的机载sar图像平面定位方法，其特征在于，利用一个同名点，构造位置等价方程为：

3.根据权利要求2所述的高精度的机载sar图像平面定位方法，其特征在于，利用下式计算本次飞行中的获取的任意一幅sar图像中任意像素[i j]的平面定位结果[b′ l′]：

4.一种高精度的机载sar图像平面定位系统，其特征在于，利用权利要求1至权利要求3所述的任意一种方法对机载sar图像进行平面定位。

技术总结
本发明提供一种高精度的机载SAR图像平面定位方法。技术方案是：利用在一次飞行中具有相同成像模式的机载雷达获取的同一目标区域的不同视角的两幅SAR图像，在两幅SAR图像中选取至少一个同名点，利用同名点构建位置等价方程，求解位置等价方程得到SAR图像的系统定位误差，利用系统定位误差对本次飞行中所有的SAR图像中的每一个像素点进行校正，完成SAR图像的定位。本发明不需要已知精确地理位置信息的地面参考点，也不需要利用载机的精确轨道信息，解决了现有机载SAR图像定位方法解算条件苛刻的问题。

技术研发人员：孙造宇,张犇,余安喜,董臻,王正彬,陈兴,赵晓晖,何志华
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15