一种机载sar定标器图像位置自动提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达探测技术领域，具体涉及一种机载SAR定标器图像位置自动提取 方法。
【背景技术】
[0002] 机载合成孔径雷达（SAR)是一种主动式微波成像传感器，它利用雷达与目标之间 的相对运动将尺寸较小的真实天线孔径通过数据处理的方法合成较大的等效天线孔径，从 而实现高分辨率成像。SAR能够全天时、全天候对目标进行检测和定位，受天气影响小，因此 在军事侦察、地形测绘等领域得到了广泛的应用。
[0003] 定标器是SAR定标中用到的一种工具，分为无源定标器和有源定标器。无源定标 器是具有强后向反射系数和一定几何形状的金属器件，有源定标器则是能够主动发射信号 的定标器件，定标器在SAR的应用中扮演着重要的角色。在定标时，我们需要获取定标器在 SAR图像中的准确位置。目前，大多都是通过人工查找的方法，通过人眼观察定标器在SAR 图像中的亮点显示来确定定标器在SAR图像中的位置。人工查找定位的方法存在以下几点 不足：
[0004] (1)人工查找方法工作量大，速度慢，耗费时间长。尤其对于场景较大、定标点较多 的情况，人工查找定标点将耗费较多的时间和精力，具有较大难度，缺乏实用性，难以应用 到大型工程项目中。
[0005] (2)人工查找法可能会出现定位错误。SAR图像（未进行地理编码之前）相对于 真实场景存在一定畸变，对人工查找定标器带来了一定困难，尤其当定标器周围存在其他 强点目标干扰时，容易将非定标器点误认为定标器，从而导致错误的查找结果。
[0006] (3)人工查找法容易出现查找误差。图像中定标器中心和四周的亮度均较亮，直接 用肉眼难以分辨出最亮的像素中心，因此可能导致查找误差（像素级误差）。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明提供了一种机载SAR定标器图像位置自动提取方法，能够快速、 准确地在SAR图像中自动查找到定标器，且定位精确度高。
[0008] 本发明的机载SAR定标器图像位置自动提取方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤1，提取定标器的经炜度、高度信息，SAR图像中SAR主天线在每个方位时刻的 经炜度、高度信息，以及SAR图像的处理多普勒中心频率；
[0010] 步骤2,将定标器和SAR主天线的经炜度信息投影至同一坐标系Oxyz的Oxy平面 中，坐标轴z为定标器和主天线的高度坐标；
[0011] 步骤3,在坐标系Oxyz中，计算定标器位置到主天线运动轨迹的最近距离，该最近 距离即为最近斜距，该最近距离对应的主天线位置的方位时刻即为零多普勒时刻；
[0012] 步骤4,如果SAR图像成像在零多普勒，则根据步骤3获得零多普勒时刻的主天线 方位位置和最近斜距，在SAR图像中找到对应的行、列号，作为定标器在SAR图像中的初始 位置，执行步骤5 ;如果SAR图像成像在多普勒中心，则首先利用SAR图像的处理多普勒中 心频率计算出雷达波束的斜视角，再根据斜视角和步骤3获得的最近斜距计算出定标器在 波束中心穿越时刻的斜距，以及波束中心穿越时刻主天线的方位位置；根据波束中心穿越 时刻主天线的方位位置及该时刻的斜矩，在SAR图像中找出对应的行、列号，作为定标器在 SAR图像中的初始位置，执行步骤5 ;
[0013] 步骤5,以步骤4获得的定标器在SAR图像中的初始位置为中心，取一个搜索窗口， 搜索窗口内强度最大的像素点，则该位置即为定标器在SAR图像中的位置。
[0014] 进一步地，所述步骤3中，定标器位置到主天线运动轨迹的最近距离的计算方法 为：首先计算每个方位时刻主天线位置与定标器位置之间的距离，然后取距离最小值作为 定标器位置到主天线各方位时刻的运动轨迹的最近距离。
[0015] 进一步地，还包括步骤6,即，将步骤5得到的定标器在SAR图像中的位置坐标作为 中心，取一窗口，对窗口内图像进行升米样，升米样后窗口内强度最大的像素点在SAR图像 中的位置即为定标器在SAR图像中的最终位置。
[0016] 进一步地，所述步骤2中，采用高斯投影方法将定标器和SAR主天线的经炜度信息 投影至坐标系Oxyz的Oxy平面中。
[0017] 进一步地，在定标器有时延的情况下，对步骤4获得的定标器的初始距离位置进 行校正，即将步骤4获得的初始距离位置加上定标器时延距离，获得的距离位置即为校正 后的初始距离位置。
[0018] 有益效果：
[0019] 该方法可以在不需要人工查看图像的情况下自动提取定标器在SAR图像中的位 置，与现有人工查找方法具有以下优点：
[0020] (1)实现了查找的自动化，不再需要人工查看SAR图像，节省了大量的人力和精 力，加快了查找速度，在实际工程中具有良好的应用前景。
[0021] (2)定标器位置提取结果准确可靠，避免了人工查找时可能出现的判读错误和误 差。
[0022] (3)该方法能够适用于多种定标模式，辐射定标和干涉定标中均可采用此方法来 查找定标点的准确位置。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的机载SAR定标器图像位置自动提取方法流程图。
[0024] 图2为定标器场景图及计算的初始坐标与实际坐标示意图。
[0025] 图3为定标器想点升采样后示意图。
[0026] 图4为定标器图像点升采样后距离和方位向切片示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0028] 本发明提供了一种机载SAR定标器图像位置自动提取方法，其流程图如图1所示， 具体实现步骤如下：
[0029] 步骤一、读取定标器的位置信息（炜度、经度和高度信息），读取SAR主天线在SAR 图像对应的每个方位时刻的位置信息（炜度、经度和高度信息），以及SAR图像的处理多普 勒中心等参数。
[0030] 在实际应用中，定标器的位置信息都是以炜度、经度和高度信息给出的，同时，SAR 图像也会给出场景图像（SAR图像）对应的P0S数据，P0S数据记录了场景图像每个方位时 刻主天线的位置信息，即主天线的炜度、经度和高度信息，以及该SAR图像在成像过程中所 用的处理多普勒中心。首先读取这些数据。
[0031] 步骤二、将定标器的经炜度坐标和SAR主天线的经炜度坐标投影到同一坐标系 Oxyz的平面Oxy中，坐标轴z为定标器和主天线的高度坐标轴，定标器和主天线的高度值与 步骤一获得的高度值相同。
[0032] 其中，根据投影方法选取具体的坐标系Oxyz，只需保证定标器的经炜度坐标和 SAR主天线的经炜度坐标投影到同一平面即可。本发明采用高斯投影方法，将定标器位置和 主天线位置投影到高斯平面坐标系下。其中，高斯投影计算公式如下：
[0037] 上式中，B、1分别为炜度和相对于中央子午线的经度。通过上式即可将定标器的 经炜度坐标和P0S记录的主天线的经炜度坐标变换到同一个平面坐标系中。投影后，z轴 为高度坐标，且令定标器和主天线的高度坐标为原高度，保持不变。
[0038] 步骤三、在坐标系Oxyz中，计算定标器到主天线运动轨迹的最近距离，该最近距 离即为最近斜距，该最近距离对应的主天线位置的方位时刻即为零多普勒时刻。
[0039] P0S记录的主天线位置数据是一条直线（经运动补偿后），计算定标器到该直线的 距离即为最近斜距。在实际中，当图像方位向分辨率较高时，可以计算每个方位时刻主天线 位置与定标点之间的距离，并取最小值作为最近距离，而最近距离对应的主天线方位时刻， 即为零多普勒时刻。
[0040] 步骤四、利用处理多普勒中心频率计算雷达波束的斜视角，再根据斜视角和步骤 三获得的最近斜距计算出定标器在波束中心穿越时刻的斜距，以及波束中心穿越时刻主天 线的方位位置。
[0041] 根据处理多普勒中心与斜视角的关系，可得出斜视角