一种针对合成孔径雷达卫星的平面位置修正方法及系统与流程

本发明涉及合成孔径雷达，并且更具体地，涉及一种针对合成孔径雷达卫星的平面位置修正方法及系统。

背景技术：

1、合成孔径雷达（synthetic aperture radar，sar）具有全天时、全天候和高分辨率成像的特点，合成孔径雷达图像(sar图像)高精度定位是获取基础地理信息的重要技术途径之一，具有与光学影像完全不同的特点，合成孔径雷达是一种主动式遥感，具有不受时间限制等特点，利用合成孔径雷达影像获取地面目标的三维位置信息具有高精度、全天时、全天候、快速且不受区域地理、气候等条件的限制等的优势。

2、发明申请cn114675267a 公开了一种合成孔径雷达定位方法，通过获取多幅sar图像，并从各sar图像中提取目标物体的单视复数图像以及像素数据；各sar图像是雷达对目标物体进行侧视成像后得到的，且各sar图像的侧视成像入射角不同；对各单视复数图像进行目标物体识别，得到各sar图像中目标物体的亚像元位置；基于各像素数据、各目标物体的亚像元位置以及斜距改正值，确定各sar图像中目标物体的三维位置；斜距改正值基于目标物体所在区域的经纬度确定；基于各目标物体的三维位置之间的差异，确定目标物体的定位结果。

3、然而，限于轨道测量精度、sar系统时间精度等，系统级几何校正后的sar图像定位精度有时无法满足应用的需求，为此，通常需要利用地面控制点，也即地理位置精确标定的点，来进行有控校正。但是，这种校正方式需要依靠人工量测地面控制点，成本高且测量起来非常困难，无法实现自动化处理。并且随着影像数据量加大，必须发展自动处理方法，才能满足实际应用的需求。

技术实现思路

1、针对现有的合成孔径雷达卫星的平面位置修正方案无法实现自动化处理、成本高的不足，本发明提供一种针对合成孔径雷达卫星的平面位置修正方法及系统。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种针对合成孔径雷达卫星的平面位置修正方法，包括：

3、利用预先构建的断点回归模型对合成孔径雷达卫星的当前sar图像进行处理，确定角反射器在当前sar图像中的初始像素坐标；

4、根据角反射器在当前sar图像中的成像特征，将当前sar图像转换为振幅值图像，对振幅值图像进行过采样，确定过采样后的振幅值图像中的最大振幅值，并根据初始像素坐标，计算最大振幅值所在点在当前sar图像中的亚像素级坐标；

5、根据亚像素级坐标，使用最小二乘法迭代计算得到当前sar图像的方位向和距离向的时间改正值；

6、利用当前sar图像的方位向和距离向的时间改正值以及相关的外部辅助地形信息，对当前sar图像进行几何纠正，得到纠正sar图像；

7、获取待纠正的与当前sar图像相邻的相邻sar图像，根据纠正sar图像的地理坐标和外部辅助地形信息，选取纠正sar图像和相邻sar图像的公共区域，以预先设定的间隔生成地面格网点，根据公共区域及地面格网点计算纠正sar图像和相邻sar图像的相关系数矩阵，获得像素级匹配坐标；

8、基于像素级匹配坐标裁剪纠正sar图像和相邻sar图像，得到主辅影像，并对主辅影像分别进行2倍傅里叶过采样，之后计算主辅影像的相关系数矩阵，对主辅影像的相关系数矩阵进行10倍sinc插值，之后将系数最大值作为最终匹配参数点；

9、根据最终匹配参数点的像素坐标，采用预先构建的像点补偿模型计算得到相邻sar图像的方位向和距离向的时间改正值；

10、利用相邻sar图像的方位向和距离向的起始时间改正值以及相关的外部辅助地形信息，对相邻sar图像进行几何纠正。

11、可选地，所述对振幅值图像进行过采样，确定过采样后的振幅值图像中的最大振幅值，包括：

12、对振幅值图像中的振幅值进行快速傅里叶变换，转到复数空间；

13、创建一个空的矩阵m，将复数空间均分为四份，分别赋值于矩阵m四个角落，矩阵m的其余部分置为0；

14、对通过赋值之后的矩阵m进行快速傅里叶逆变换，得到逆变换之后的复数矩阵，以完成振幅值图像的过采样；

15、计算复数矩阵中每一像元的振幅值，得到过采样后的振幅值图像，并确定过采样后的振幅值图像中的最大振幅值。

16、可选地，所述计算主辅影像的相关系数矩阵，包括：

17、在主图像选均匀分布的若干个像元，分别以每个像元为中心，窗口大小为的匹配窗，在辅图像中，分别以同样坐标位置的像元为中心，取一个窗口为的搜索窗；其中，搜索窗的面积大于匹配窗的面积；

18、在搜索窗内按行列顺序以不同的整像素偏移量选取与匹配窗大小一致的对应窗，分别计算匹配窗与各对应窗的相关系数，得到主辅影像的相关系数矩阵；其中，主辅影像的相关系数矩阵包含个相关系数值。

19、可选地，所述像点补偿模型的表达式为：

20、；

21、式中，t f为相邻sar图像的距离向的时间改正值，ts为相邻sar图像的方位向的时间改正值，t f0为当前sar图像的距离向起始时间的测量值，ts0为当前sar图像的方位向起始时间的测量值，∆t f为当前sar图像的距离向的时间改正值，∆ts为当前sar图像的方位向的时间改正值，x和y为最终匹配参数点的像素坐标， prf为脉冲重复频率， rsf为距离向采样频率。

22、根据本发明的另一个方面，提供了一种针对合成孔径雷达卫星的平面位置修正系统，包括：

23、初始像素坐标确定模块，用于利用预先构建的断点回归模型对合成孔径雷达卫星的当前sar图像进行处理，确定角反射器在当前sar图像中的初始像素坐标；

24、亚像素级坐标计算模块，用于根据角反射器在当前sar图像中的成像特征，将当前sar图像转换为振幅值图像，对振幅值图像进行过采样，确定过采样后的振幅值图像中的最大振幅值，并根据初始像素坐标，计算最大振幅值所在点在当前sar图像中的亚像素级坐标；

25、第一计算模块，用于根据亚像素级坐标，使用最小二乘法迭代计算得到当前sar图像的方位向和距离向的时间改正值；

26、第一几何纠正模块，用于利用当前sar图像的方位向和距离向的时间改正值以及相关的外部辅助地形信息，对当前sar图像进行几何纠正，得到纠正sar图像；

27、像素级匹配坐标确定模块，用于获取待纠正的与当前sar图像相邻的相邻sar图像，根据纠正sar图像的地理坐标和外部辅助地形信息，选取纠正sar图像和相邻sar图像的公共区域，以预先设定的间隔生成地面格网点，根据公共区域及地面格网点计算纠正sar图像和相邻sar图像的相关系数矩阵，获得像素级匹配坐标；

28、最终匹配参数点确定模块，用于基于像素级匹配坐标裁剪纠正sar图像和相邻sar图像，得到主辅影像，并对主辅影像分别进行2倍傅里叶过采样，之后计算主辅影像的相关系数矩阵，对主辅影像的相关系数矩阵进行10倍sinc插值，之后将系数最大值作为最终匹配参数点；

29、第二计算模块，用于根据最终匹配参数点的像素坐标，采用预先构建的像点补偿模型计算得到相邻sar图像的方位向和距离向的时间改正值；

30、第二几何纠正模块，用于利用相邻sar图像的方位向和距离向的起始时间改正值以及相关的外部辅助地形信息，对相邻sar图像进行几何纠正。

31、可选地，所述亚像素级坐标计算模块，具体用于：

32、对振幅值图像中的振幅值进行快速傅里叶变换，转到复数空间；

33、创建一个空的矩阵m，将复数空间均分为四份，分别赋值于矩阵m四个角落，矩阵m的其余部分置为0；

34、对通过赋值之后的矩阵m进行快速傅里叶逆变换，得到逆变换之后的复数矩阵，以完成振幅值图像的过采样；

35、计算复数矩阵中每一像元的振幅值，得到过采样后的振幅值图像，并确定过采样后的振幅值图像中的最大振幅值。

36、可选地，所述最终匹配参数点确定模块，具体用于：

37、在主图像选均匀分布的若干个像元，分别以每个像元为中心，窗口大小为的匹配窗，在辅图像中，分别以同样坐标位置的像元为中心，取一个窗口为的搜索窗；其中，搜索窗的面积大于匹配窗的面积；

38、在搜索窗内按行列顺序以不同的整像素偏移量选取与匹配窗大小一致的对应窗，分别计算匹配窗与各对应窗的相关系数，得到主辅影像的相关系数矩阵；其中，主辅影像的相关系数矩阵包含个相关系数值。

39、可选地，所述像点补偿模型的表达式为：

40、；

41、式中，t f为相邻sar图像的距离向的时间改正值，ts为相邻sar图像的方位向的时间改正值，t f0为当前sar图像的距离向起始时间的测量值，ts0为当前sar图像的方位向起始时间的测量值，∆t f为当前sar图像的距离向的时间改正值，∆ts为当前sar图像的方位向的时间改正值，x和y为最终匹配参数点的像素坐标， prf为脉冲重复频率， rsf为距离向采样频率。

42、根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本发明上述任一方面所述的方法。

43、根据本发明的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现本发明上述任一方面所述的方法。

44、本发明采用断点回归模型将角反射器转换到图像坐标系，从而获取角反射器的初始像素坐标。在获取初始像素坐标的基础上，根据角反射器在sar图像中的成像特征，通过将sar图像转换为振幅值图像，将初始像素坐标一定范围内振幅值最大的点识别为角反点，从而快速获得角反点的亚像素级坐标。之后，根据亚像素级坐标，使用最小二乘法迭代计算得到当前sar图像的方位向和距离向的时间改正值；利用当前sar图像的方位向和距离向的时间改正值以及相关的外部辅助地形信息，对当前sar图像进行几何纠正，得到纠正sar图像，从而实现基于角反射器的单景影像精纠正。进一步地，为了对相邻sar图像进行几何纠正，本发明结合纠正sar图像的地理坐标和外部辅助地形信息，选取纠正sar图像和相邻sar图像的公共区域，以预先设定的间隔生成地面格网点，根据公共区域及地面格网点计算纠正sar图像和相邻sar图像的相关系数矩阵，获得像素级匹配坐标，而后基于像素级匹配坐标裁剪主辅影像，并对主辅影像分别进行2倍傅里叶过采样，并计算主辅影像的相关系数矩阵，对相关系数矩阵进行10倍sinc插值，将系数最大值作为最终匹配参数点。之后根据最终匹配参数点的像素坐标，采用预先构建的像点补偿模型计算得到相邻sar图像的方位向和距离向的时间改正值，最后利用相邻sar图像的方位向和距离向的起始时间改正值以及相关的外部辅助地形信息，对相邻sar图像进行几何纠正，从而实现基于已精修影像进行相邻影像的精纠正。本发明通过多个角反射器数据，采用sar系统几何误差的像点补偿模型，可提高纠正结果的稳健性，剔除粗差点，最终获取高精度的单景影像的几何纠正参数。本发明基于自动化处理流程，无需人工测地面控制点，不仅可以基于角反射器进行单景影像精纠正，还可以基于已精修影像进行相邻影像的精纠正，大大拓展了可纠正sar数据范围，并提高了sar数据平面位置的精修正效率，有效降低了修正的成本。从而解决现有的合成孔径雷达卫星的平面位置修正方案无法实现自动化处理、成本高的技术问题。