CN114331851B - 基于dem数据生成仿真机载火控雷达sar图像的方法 - Google Patents

基于dem数据生成仿真机载火控雷达sar图像的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114331851B
CN114331851B CN202210218553.9A CN202210218553A CN114331851B CN 114331851 B CN114331851 B CN 114331851B CN 202210218553 A CN202210218553 A CN 202210218553A CN 114331851 B CN114331851 B CN 114331851B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dem data
sar image
simulation
sar
elevation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210218553.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114331851A (zh
Inventor
柯树林
马志强
冷盛林
郑云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Thunderbolt Information Technology Co ltd
Original Assignee
Nanjing Leading Information Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Leading Information Technology Co ltd filed Critical Nanjing Leading Information Technology Co ltd
Priority to CN202210218553.9A priority Critical patent/CN114331851B/zh
Publication of CN114331851A publication Critical patent/CN114331851A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114331851B publication Critical patent/CN114331851B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，包括：读取tiff格式的DEM数据，确定成像中心位置在DEM数据范围之内；根据成像中心的经纬度值，计算成像中心在DEM数据高程矩阵中的下标值；截取用于SAR成像仿真对应的DEM数据子块；对DEM数据子块做旋转变化，旋转后DEM数据子块的雷达方位波束指向角为180度；对旋转后的DEM数据子块进行基于特征模拟的SAR图像仿真；对仿真得到的SAR图像做旋转变化使得图像变为标准方向；截取指定大小的SAR图像进行输出。本发明能够使用较少的计算资源，快速、实时的满足观测区域达达几千公里的机载火控雷达实时SAR成像仿真需求。

Description

基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法
技术领域
本发明涉及合成孔径雷达仿真技术领域，具体涉及基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法。
背景技术
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）成像具有全天时、全天候、可穿透性等优点，它在不同频段、不同极化下可得到目标的高分辨率雷达图像，为人们提供非常有用的目标信息，已经被广泛应用于经济和科技等众多领域，有着广泛的应用前景和发展潜力。
真实的SAR图像，需要通过飞机搭载成像雷达在天上做飞行试验才能得到，飞行试验的费用很高。采用仿真手段获取SAR 图像，开展飞行员的飞行训练以及SAR图像的使用验证，可以大大地缩减训练成本和试验时间。因此，进行SAR成像仿真系统的分析和研究具有非常重要的意义。
目前国内对SAR成像仿真系统的研究主要集中在SAR成像算法上，对SAR图像仿真领域、尤其是机载火控雷达斜视SAR图像仿真所做的研究较少。一般的SAR图像仿真存在如下的问题：一是侧重于正侧视SAR图像的场景进行仿真，而不涉及机载火控雷达斜视SAR图像仿真；二是SAR图像仿真只是针对指定小范围区域开展仿真，无法解决地面飞行仿真时需要在大地理区域（如东亚地区）、大幅宽范围成像的问题；三是无法解决一张tiff格式的DEM底图，支持不同分辨率，不同位置成像的问题；四是需要较多的计算资源，效率不高，且有些需要专用的DSP芯片处理器。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，能够使用较少的计算资源，快速、实时的满足观测区域达达几千公里的机载火控雷达实时SAR成像仿真需求，并且在使用时不受斜视角、擦地角、斜距、分辨率等成像场景的限制。
技术方案：本发明所述基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，包括如下步骤：S1：读取tiff格式的DEM数据，确定成像中心位置在DEM数据范围之内；S2：根据成像中心的经纬度值，计算成像中心在DEM数据高程矩阵中的下标值；S3：截取用于SAR成像仿真对应的DEM数据子块；S4：对DEM数据子块做旋转变化，旋转后DEM数据子块的雷达方位波束指向角为180度；S5：对旋转后的DEM数据子块进行基于特征模拟的SAR图像仿真；S6：对仿真得到的SAR图像做旋转变化使得图像变为标准方向；S7：截取指定大小的SAR图像进行输出。
进一步完善上述技术方案，所述步骤S1中若成像中心不在DEM数据的范围之内，则对DEM数据进行伪平移和伪缩放处理。
进一步地，所述DEM数据包括数据包头和高程矩阵数据，DEM数据的分辨率为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
、经纬度范围为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，高程矩阵数据的大小为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
是纬度点数、
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是经度点数，DEM数据中下标为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的高程点的高度值为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
所述DEM数据的伪缩放处理包括：若缩放比例系数为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，则缩放后DEM数据的分辨率
Figure DEST_PATH_IMAGE009
、经纬度范围
Figure DEST_PATH_IMAGE010
及高程矩阵值
Figure DEST_PATH_IMAGE011
分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
所述DEM数据的伪平移处理包括：设经过平移后DEM数据中心位置处新的经纬度值为
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，则新的经纬度范围
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
。
进一步地，所述步骤S2中的计算过程包括：设成像中心的经纬度值为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
，则成像中心在其对应的高程矩阵中下标值
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
是上取整运算。
进一步地，所述步骤S3中设DEM数据子块的大小为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
，计算截取的DEM数据子块矩阵大小为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是当前场景下的SAR成像分辨率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
是仿真生成的SAR图像的像素点数；
设定所述步骤S2中成像中心在原DEM数据高程矩阵中的下标值为
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，根据DEM数据子块矩阵大小，计算截取的DEM数据子块矩阵在原始DEM数据高程矩阵中下标的起始、结束值分别为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
；
根据计算所得下标的起始和结束值从原始DEM数据中截取SAR成像仿真用的DEM数据子块
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
。
进一步地，所述步骤S4中旋转变化按照逆时针方向进行旋转，旋转角度为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE041
为雷达波束在惯性坐标系下的方位角。
进一步地，所述步骤S5包括：斜距SAR图像转换为地距SAR图像，
S51、地表某一点灰度值计算公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
；
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
为事先设定好的SAR仿真图中的最大灰度值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
为地表反射系数；
S52、地表坡度坡向采用拟合曲面法，拟合曲面采用二次曲面，为3*3的窗口，每个窗口的中心为一个高程点，3*3的窗口中心点呈矩阵
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE045
排布，中心点
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
处的坡度和坡向的计算公式如下：
坡度：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE047
，
坡向：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
，
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE049
为由西朝东方向的坡度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
为由南朝北方向的坡度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE051
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE053
是每个窗口的宽度；
S53、地表反射系数的计算
地表反射系数
Figure 700115DEST_PATH_IMAGE044
的计算公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE055
是天顶角，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE057
是SAR成像时雷达波束在惯性坐标系下的俯仰角，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
是波束的入射方位角度；
S54、波束照射遮挡效果仿真
对于DEM数据中的任何下标为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE059
的高程点，只要与第
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
列中，满足
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE061
的高程点
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
进行比较，判断
Figure 896217DEST_PATH_IMAGE059
的高程点是否有被遮挡，对于每个点，采用迭代计算，确定该点是否被前方的高程点遮挡了，迭代计算过程如下：
设位于第
Figure 144796DEST_PATH_IMAGE060
列高程点
Figure 274426DEST_PATH_IMAGE062
，其高度为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE063
，遮挡高度为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE064
，对于第0号高程点
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE065
，初始化
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE066
；
若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE067
，则高程点
Figure 433006DEST_PATH_IMAGE062
被遮挡，其灰度值取为0，新的遮挡高度为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
；
若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE069
，则高程点
Figure 193151DEST_PATH_IMAGE062
没遮挡，其灰度值取S51计算结果，新的遮挡高度为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE071
是相邻高程点的间距，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE072
是天顶角。
进一步地，所述步骤S6中旋转变化将仿真得到的SAR图像变成按照上北下南、左西右东的标准方向显示的SAR图像。
进一步地，所述步骤S7在图像中心处，截取
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE073
大小的图像，作为最终输出的SAR图像的仿真结果。
进一步地，若DEM数据子块的分辨率和SAR图像的分辨率不一致，则采用双线性插值的方式对图像进行缩放处理，图像的缩放倍数为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure DEST_PATH_IMAGE075
。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供基于DEM数据快速仿真生成机载火控雷达SAR图像的方法，能够与飞机上航电设备的仿真系统实现实时互联，作为一个独立软件驻留在外设仿真计算机上，通过网络通信实现与飞机上的航电仿真系统实现实时互联，并受控于航电仿真系统开展SAR成像的仿真工作。
使用该方法，能够实现在大地理区域（如东亚地区）范围内，对指定的位置区域开展大幅宽范围的快速成像，并且能够使用同一张tiff格式的DEM底图，实现不同分辨率、不同位置成像，使得处于飞行仿真中的飞机能在几千公里的飞行区域内，可以随时、随地、在不同的斜视角、擦地角成像场景下开展对地SAR图像观测，仿真模拟效果好。相比其它的仿真软件，本发明的逼真度高，可扩展性好，便于按照客户订制的需求进行改进；另外就是所需的计算资源较少，效率很高，使用普通的计算机就能实现大幅宽的SAR图像仿真工作。
附图说明
图1是本发明基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法流程图；
图2是tiff格式DEM数据的存储方式示意图；
图3是截取的DEM数据旋转前后对比示意图；
图4是坡度计算3*3窗口示意图；
图5是波束照射高程数据点的示意图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明通过对使用tiff格式的DEM数据进行伪平移和缩放处理，实现了对大地理区域范围内任意指定位置（即成像的中心位置，来自航电系统）的成像处理，通过对成像区域的DEM数据的做旋转处理，旋转后都变成统一的、方位波束指向为180度的图，之后开展对SAR图像的特征进行模拟，依靠图像几何模型和辐射模型来得到模拟SAR图像。
如图1所示的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，包括如下步骤：
S1：对DEM数据进行伪平移和缩放预处理；
S2：根据成像中心经纬度值，计算成像中在高程矩阵中的下标值；
S3：SAR图像仿真区域DEM数据块的截取处理；
S4：对DEM数据块作旋转变化，旋转后DEM数据子块的雷达方位波束指向角为180度；
S5：基于特征模拟的SAR图像仿真处理；
S6：对仿真的SAR图像，做旋转变换，使得图像变成上北下南、左西右东的标准方向；
S7：对标准方向的SAR图像进行缩放和图像截取处理，得到最终输出的SAR仿真图像。
本发明中所使用的DEM数据是按照tiff格式存储的，如图2所示，tiff格式的DEM数据由两部分构成：一是数据包头，说明DEM数据的经纬度范围、高程矩阵数据每个元素（又称为高程点）的分辨率、高程矩阵的大小等信息；二是高程矩阵数据构成的二维数组，二维数组中每个元素的值就表示该高程点的高度信息。
因此，若要实现对DEM数据的平移和缩放处理，只要改变数据包头和高程矩阵数据的值就行。对DEM数据的平移和缩放预处理不是必须的，只有当DEM数据的分辨率值大于需要仿真的图像分辨率，或者指定的成像位置超出了DEM数据的范围时，在用户授权同意的情况下，才进行缩放或平移处理。
具体地，步骤S1中对DEM数据进行伪平移和缩放预处理，包括：
S11、DEM数据的伪缩放处理
要实现对DEM数据的缩放处理，就是要改变DEM数据所表示的范围以及每个元素的分辨率值，另外为了比例协调，同时等比例的改变高程矩阵数据中的高度值。具体的，设高程矩阵数据的大小为
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，
Figure DEST_PATH_IMAGE077
是纬度点数、
Figure DEST_PATH_IMAGE078
是经度点数，原始DEM数据的分辨率为
Figure DEST_PATH_IMAGE079
、经纬度范围为
Figure DEST_PATH_IMAGE080
。若缩放比例系数为
Figure 434687DEST_PATH_IMAGE008
，则缩放后得到的新的DEM数据的分辨率
Figure DEST_PATH_IMAGE081
、经纬度范围
Figure DEST_PATH_IMAGE082
和高程矩阵值分别为：
Figure 571270DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 974570DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure DEST_PATH_IMAGE083
，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure 640038DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure DEST_PATH_IMAGE085
，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
；
S12、 DEM数据的伪平移处理
设经过平移后，DEM数据中心位置处新的经纬度值为
Figure 332050DEST_PATH_IMAGE019
，则新的经纬度范围
Figure 537904DEST_PATH_IMAGE082
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE087
，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure DEST_PATH_IMAGE089
，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
。
具体地，步骤S2中根据成像中心经纬度值，计算成像中心在高程矩阵中的下标值，包括：经纬度值和高程矩阵下标值之间的换算处理过程如下：设需要换算的经纬度值（也就是成像中心的经纬度值）为
Figure DEST_PATH_IMAGE091
，DEM数据的分辨率为
Figure 936655DEST_PATH_IMAGE079
，经纬度范围值为
Figure 835341DEST_PATH_IMAGE080
，则其对应的高程矩阵下标值
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE093
，
其中，
Figure 11720DEST_PATH_IMAGE028
是上取整运算。
具体地，步骤S3中SAR图像仿真区域DEM数据块的截取处理，包括：根据SAR成像中心经纬度值
Figure 755685DEST_PATH_IMAGE091
、期望的SAR方位向点数
Figure DEST_PATH_IMAGE094
和距离向点数
Figure DEST_PATH_IMAGE095
、以及期望的SAR成像分辨率
Figure DEST_PATH_IMAGE096
和DEM数据分辨率
Figure 805680DEST_PATH_IMAGE079
，截取用于SAR成像仿真的子块DEM数据。
设子块DEM的大小为
Figure 875268DEST_PATH_IMAGE029
，设
Figure DEST_PATH_IMAGE097
S31、计算截取的DEM数据块的起始、结束范围
截取的DEM子矩阵大小为：
Figure DEST_PATH_IMAGE098
，
Figure DEST_PATH_IMAGE099
其中，
Figure 10714DEST_PATH_IMAGE032
是当前场景下的SAR成像分辨率，
Figure 823949DEST_PATH_IMAGE033
是仿真生成的SAR图像的像素点数；
按照步骤S2的计算，设SAR图像中心在原DEM数据中的下标值为
Figure 790768DEST_PATH_IMAGE034
，再结合子矩阵大小，算出截取的DEM子矩阵在原始的高程矩阵中的下标的起始、结束值分别为：
Figure 31257DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure DEST_PATH_IMAGE100
，
Figure 185157DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 802083DEST_PATH_IMAGE038
；
S32、根据DEM数据的截取起始、结束范围从原始DEM数据中截取成像用的DEM数据，记截取的用于成像仿真的DEM数据子矩阵为
Figure 623409DEST_PATH_IMAGE039
。
如图3所示，步骤S4对DEM数据块作旋转变化，旋转后DEM数据变成雷达方位波束指向角为180度，图3中右侧为旋转后的DEM数据。做矩阵旋转的目的是为了便于对不同的斜视角、擦地角成像场景做统一的SAR图像仿真运算处理。旋转按照逆时针方向旋转，旋转的角度为
Figure 34799DEST_PATH_IMAGE040
度，
Figure 204224DEST_PATH_IMAGE041
为雷达波束惯性坐标系下的方位角。
由于受地表高程起伏的影响，真实的SAR图像中存在着透视收缩、叠掩和阴影等SAR图像特有的特征。透视收缩现象指的是，对于面向SAR系统天线的地面斜坡，在斜距SAR图像上其长度被压缩，这种现象称为透视收缩。在SAR图像中，透视收缩部分往往表现为较强的亮度。叠掩现象指的是当面向雷达天线的斜坡很陡时，山顶部分与山底部分离雷达天线中心距离相等，甚至山顶部分距天线更近，因此在SAR图像上，出现山顶和山底位置重叠或颠倒情况，即叠掩现象。阴影现象指得是对于背向雷达天线的地面斜坡或受前方高地形遮挡，使得雷达信号不能到达该处地面，也就无雷达回波，则将在图像中形成阴影。
当斜距SAR图像转换为地距SAR图像后，经过使用DEM数据的几何校正之后，透视收缩和叠掩的几何形变现象能够部分被还原，但是由于山势陡峭引起的图像灰度变化以及阴影、遮挡的SAR图像特征却仍然存在。本发明针对的是地距SAR图像的这些典型特征开展仿真，具体地，步骤5中基于特征模拟的SAR图像仿真处理，包括：
S51、地表某一点的SAR图像灰度值计算
在本发明中，假定SAR图像已经经过了辐射校正，地表某一点的SAR图像灰度值主要取决于地表反射系数。反射系数取决于波束指向的天顶角（90度+波束指向俯仰角
Figure DEST_PATH_IMAGE101
）
Figure DEST_PATH_IMAGE102
，地表某一点的坡度数
Figure DEST_PATH_IMAGE103
，波束入射的方位角
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，地表某一点的坡向
Figure DEST_PATH_IMAGE105
等值。
具体的，地表某一点的SAR图像灰度值计算公式为：
Figure 234628DEST_PATH_IMAGE042
，
其中，
Figure 441619DEST_PATH_IMAGE043
是事先设定好的SAR仿真图中的最大灰度值，一般取255，
Figure 23910DEST_PATH_IMAGE044
就是地表反射系数。
S52、地表坡度坡向的计算
坡度计算采用拟合曲面法，拟合曲面采用二次曲面，即采用3*3的窗口，如图4所示。每个窗口的中心为一个高程点，中心点
Figure 683561DEST_PATH_IMAGE046
处的坡度和坡向的计算公式如下：
坡度：
Figure 642290DEST_PATH_IMAGE047
，
坡向：
Figure 172629DEST_PATH_IMAGE048
，
上式中，
Figure 191400DEST_PATH_IMAGE049
为
Figure DEST_PATH_IMAGE106
方向（西朝东方向）的坡度，
Figure 807189DEST_PATH_IMAGE050
为
Figure DEST_PATH_IMAGE107
方向（南朝北方向）的坡度，
Figure DEST_PATH_IMAGE108
，
Figure DEST_PATH_IMAGE109
，
其中
Figure 241713DEST_PATH_IMAGE053
是每个窗口的宽度。
S53、地表反射系数的计算
地表反射系数
Figure 892137DEST_PATH_IMAGE044
的计算公式为：
Figure 816231DEST_PATH_IMAGE054
Figure 184895DEST_PATH_IMAGE055
是天顶角，
Figure 482497DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 253007DEST_PATH_IMAGE057
是SAR成像时雷达波束在惯性坐标系下的俯仰角，
Figure 348002DEST_PATH_IMAGE058
是波束的入射方位角度。
S54、波束照射遮挡效果仿真
根据图2和图3，截取的DEM数据经过旋转后，雷达的波束入射角度都已经转换成为了180度。对于DEM数据中的任何下标为
Figure 469541DEST_PATH_IMAGE059
的高程点，只要与第
Figure 308184DEST_PATH_IMAGE060
列中，满足
Figure 933201DEST_PATH_IMAGE061
的高程点
Figure 199097DEST_PATH_IMAGE062
进行比较，就能判断出
Figure 542354DEST_PATH_IMAGE059
的高程点是否有被遮挡。遮挡判断，如下所示：对于每个点，采用迭代计算，确定该点是否被前方的高点给遮挡了。在图5中，编号为2号、3号的高程点被编号为1的高程点遮挡，编号为5的高程点被编号为4的高程点遮挡。迭代计算过程如下：
设位于第
Figure 184688DEST_PATH_IMAGE060
列高程点
Figure 929790DEST_PATH_IMAGE062
，其高度为
Figure 366587DEST_PATH_IMAGE063
，遮挡高度为
Figure 197140DEST_PATH_IMAGE064
，对于第0号高程点
Figure 377586DEST_PATH_IMAGE065
，初始化
Figure 977194DEST_PATH_IMAGE066
；
若
Figure 584893DEST_PATH_IMAGE067
，则高程点
Figure 637163DEST_PATH_IMAGE062
被遮挡，其灰度值取为0，新的遮挡高度为
Figure 621299DEST_PATH_IMAGE068
；
若
Figure 340994DEST_PATH_IMAGE069
，则高程点
Figure 119594DEST_PATH_IMAGE062
没遮挡，其灰度值取S51计算结果，新的遮挡高度为
Figure 924739DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 446987DEST_PATH_IMAGE071
是相邻高程点的间距，
Figure 21188DEST_PATH_IMAGE072
是天顶角。
步骤6：对仿真得到SAR图像做旋转变换
对仿真的SAR图像，做旋转变换，使得图像变成上北下南、左西右东的标准方向。旋转的角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE110
度，
Figure 702180DEST_PATH_IMAGE041
为SAR成像时雷达波束在惯性坐标系下的方位角。
步骤7：对旋转后的灰度图像进行缩放处理和图像大小截取处理
图像的缩放倍数为
Figure 463463DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 54981DEST_PATH_IMAGE075
，采用双线性插值的方式对图像进行缩放处理，是DEM数据的分辨率和SAR图像的分辨率一致，则不需要进行图像缩放。
图像经过缩放处理后，在图像中心处，截取
Figure 483689DEST_PATH_IMAGE073
大小的图像，作为最终输出的SAR图像的仿真结果。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：读取tiff格式的DEM数据，确定成像中心位置在DEM数据范围之内；
S2：根据成像中心的经纬度值，计算成像中心在DEM数据高程矩阵中的下标值；
S3：截取用于SAR成像仿真对应的DEM数据子块；
S4：对DEM数据子块做旋转变化，使得旋转后DEM数据子块的雷达方位波束指向角为180度；
S5：对旋转后的DEM数据子块进行基于特征模拟的SAR图像仿真；
S6：对仿真得到的SAR图像做旋转变化使得图像变为标准方向；
S7：截取指定大小的SAR图像进行输出。
2.根据权利要求1所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：所述步骤S1中若成像中心不在DEM数据的范围之内，则对DEM数据进行伪平移和伪缩放处理。
3.根据权利要求2所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：所述DEM数据包括数据包头和高程矩阵数据，DEM数据的分辨率为
Figure 484070DEST_PATH_IMAGE001
、经纬度范围为
Figure 561748DEST_PATH_IMAGE002
，高程矩阵数据的大小为
Figure 819DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 480342DEST_PATH_IMAGE004
是纬度点数、
Figure 651560DEST_PATH_IMAGE005
是经度点数，DEM数据中下标为
Figure 216534DEST_PATH_IMAGE006
的高程点的高度值为
Figure 613624DEST_PATH_IMAGE007
；
所述DEM数据的伪缩放处理包括：若缩放比例系数为
Figure 947653DEST_PATH_IMAGE008
，则缩放后DEM数据的分辨率
Figure 352090DEST_PATH_IMAGE009
、经纬度范围
Figure 404359DEST_PATH_IMAGE010
及高程矩阵值
Figure 857337DEST_PATH_IMAGE011
分别为：
Figure 311453DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 886790DEST_PATH_IMAGE013
Figure 426356DEST_PATH_IMAGE014
Figure 948604DEST_PATH_IMAGE015
Figure 991647DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 941148DEST_PATH_IMAGE017
；
所述DEM数据的伪平移处理包括：设经过平移后DEM数据中心位置处新的经纬度值为
Figure 702431DEST_PATH_IMAGE018
，则新的经纬度范围
Figure 825108DEST_PATH_IMAGE019
为：
Figure 988236DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 311901DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
。
4.根据权利要求3所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：所述步骤S2中的计算过程包括：设成像中心的经纬度值为
Figure 91638DEST_PATH_IMAGE024
，则成像中心在其对应的高程矩阵中下标值
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为：
Figure 158951DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
是上取整运算。
5.根据权利要求4所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：所述步骤S3中设DEM数据子块的大小为
Figure 642497DEST_PATH_IMAGE028
，计算截取的DEM数据子块矩阵大小为：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 199381DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
是当前场景下的SAR成像分辨率，
Figure 404097DEST_PATH_IMAGE032
是仿真生成的SAR图像的像素点数；
设定所述步骤S2中成像中心在原DEM数据高程矩阵中的下标值为
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，根据DEM数据子块矩阵大小，计算截取的DEM数据子块矩阵在原始DEM数据高程矩阵中下标的起始、结束值分别为：
Figure 337418DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
；
根据计算所得下标的起始和结束值，从原始DEM数据中截取出SAR成像仿真用的DEM数据子块
Figure DEST_PATH_IMAGE038
。
6.根据权利要求5所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：所述步骤S4中旋转变化按照逆时针方向进行旋转，旋转角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE039
度，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为雷达波束在惯性坐标系下的方位角。
7.根据权利要求6所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：所述步骤S5包括：斜距SAR图像转换为地距SAR图像，
S51、地表某一点灰度值计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为事先设定好的SAR仿真图中的最大灰度值，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为地表反射系数；
S52、地表坡度坡向采用拟合曲面法，拟合曲面采用二次曲面，为3*3的窗口，每个窗口的中心为一个高程点，3*3的窗口中心点呈矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE044
排布，中心点
Figure DEST_PATH_IMAGE045
处的坡度和坡向的计算公式如下：
坡度：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，
坡向：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
为由西朝东方向的坡度，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为由南朝北方向的坡度，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
Figure DEST_PATH_IMAGE051
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
是每个窗口的宽度；
S53、地表反射系数的计算
地表反射系数
Figure 504832DEST_PATH_IMAGE043
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
Figure DEST_PATH_IMAGE054
是天顶角，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
是SAR成像时雷达波束在惯性坐标系下的俯仰角，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
是波束的入射方位角度；
S54、波束照射遮挡效果仿真
对于DEM数据中的任何下标为
Figure DEST_PATH_IMAGE058
的高程点，只要与第
Figure DEST_PATH_IMAGE059
列中，满足
Figure DEST_PATH_IMAGE060
的高程点
Figure DEST_PATH_IMAGE061
进行比较，判断
Figure 311245DEST_PATH_IMAGE058
的高程点是否有被遮挡，对于每个点，采用迭代计算，确定该点是否被前方的高程点遮挡了，迭代计算过程如下：
设位于第
Figure 268837DEST_PATH_IMAGE059
列高程点
Figure 474690DEST_PATH_IMAGE061
，其高度为
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，遮挡高度为
Figure DEST_PATH_IMAGE063
，对于第0号高程点
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，初始化
Figure DEST_PATH_IMAGE065
；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE066
，则高程点
Figure 136091DEST_PATH_IMAGE061
被遮挡，其灰度值取为0，新的遮挡高度为
Figure DEST_PATH_IMAGE067
；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，则高程点
Figure 503619DEST_PATH_IMAGE061
没遮挡，其灰度值取S51计算结果，新的遮挡高度为
Figure DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
是相邻高程点的间距，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
是天顶角。
8.根据权利要求7所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：所述步骤S6中旋转变化将仿真得到的SAR图像变成按照上北下南、左西右东的标准方向显示的SAR图像。
9.根据权利要求8所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：所述步骤S7在图像中心处，截取
Figure DEST_PATH_IMAGE072
大小的图像，作为最终输出的SAR图像的仿真结果。
10.根据权利要求9所述的基于DEM数据生成仿真机载火控雷达SAR图像的方法，其特征在于：若DEM数据子块的分辨率和SAR图像的分辨率不一致，则采用双线性插值的方式对图像进行缩放处理，图像的缩放倍数为
Figure DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
。
CN202210218553.9A 2022-03-08 2022-03-08 基于dem数据生成仿真机载火控雷达sar图像的方法 Active CN114331851B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210218553.9A CN114331851B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 基于dem数据生成仿真机载火控雷达sar图像的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210218553.9A CN114331851B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 基于dem数据生成仿真机载火控雷达sar图像的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114331851A CN114331851A (zh) 2022-04-12
CN114331851B true CN114331851B (zh) 2022-05-31

Family

ID=81033867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210218553.9A Active CN114331851B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 基于dem数据生成仿真机载火控雷达sar图像的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114331851B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116011262B (zh) * 2023-03-27 2023-06-09 西安羚控电子科技有限公司 一种图像整合提取方法及系统
CN117148351B (zh) * 2023-10-31 2024-02-06 西安电子科技大学 基于卫星sar图像的弹载sar图像成像方法及装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106652016A (zh) * 2016-09-08 2017-05-10 北京空间机电研究所 一种基于辐射几何一体化设计的光学遥感图像仿真方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5552787A (en) * 1995-10-10 1996-09-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Measurement of topography using polarimetric synthetic aperture radar (SAR)
ITUB20152526A1 (it) * 2015-07-27 2017-01-27 Univ Degli Studi Di Firenze Radar interferometrico ad antenna rotante a polarizzazione lineare
CN106324571A (zh) * 2016-07-29 2017-01-11 西安电子科技大学 基于正向法的仿三维场景sar雷达回波的快速实现方法
CN107024683B (zh) * 2017-06-14 2020-04-28 中国科学院遥感与数字地球研究所 基于dem的sar影像直接正射校正方法及系统
CN109061644A (zh) * 2018-08-17 2018-12-21 西安电子科技大学 基于时频旋转后向投影算法的sar成像方法
CN110853140A (zh) * 2019-10-11 2020-02-28 北京空间机电研究所 一种dem辅助的光学视频卫星影像稳像方法
CN110703245B (zh) * 2019-10-15 2021-08-17 北京理工大学 基于同名点匹配与dem辅助的地基sar多角度图像配准方法
EP3896482B1 (en) * 2020-04-15 2024-08-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for the computer-implemented generation of a synthetic data set for training a convolutional neural network for an interferometric sar
CN112305510B (zh) * 2020-09-22 2022-12-13 江苏师范大学 一种基于dem匹配的合成孔径雷达影像几何定标方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106652016A (zh) * 2016-09-08 2017-05-10 北京空间机电研究所 一种基于辐射几何一体化设计的光学遥感图像仿真方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114331851A (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114331851B (zh) 基于dem数据生成仿真机载火控雷达sar图像的方法
CN108132220B (zh) 林区机载推扫式高光谱影像的brdf归一化校正方法
CN106249237A (zh) 一种曲线轨迹下大斜视sar频域成像方法
CN109188384B (zh) 空间目标回波动态观测的电磁仿真方法
CN112147608A (zh) 一种快速高斯网格化非均匀fft穿墙成像雷达bp方法
CN116245757A (zh) 多模态数据的多场景通用性遥感影像云修复方法和系统
Bristow Application of RADAR imaging analysis to SuperDARN observations
CN114332440B (zh) 采用stl格式3D模型反演生成目标SAR图像的方法
CN114280613B (zh) 基于dem数据生成仿真机载火控雷达对地测绘图像方法
CN112649806A (zh) 一种mimo雷达近场三维成像方法
CN115015920A (zh) 一种基于距离空变频谱矫正的快速后向投影成像方法
CN113176572B (zh) 一种基于环扫sar的海面波浪谱反演方法及系统
CN109061645A (zh) 综合孔径辐射计虚拟相关稀疏成像方法及系统
CN113109813A (zh) 一种基于迭代近端投影的二维欠采样合成孔径雷达成像方法
CN113724165B (zh) 合成孔径雷达镶嵌影像匀色处理方法
CN118212366B (zh) 基于多重遥感影像的运动目标三维重建方法及其装置
CN118603308B (zh) 射电望远镜构件表面太阳辐射强度计算方法
CN113589280B (zh) 一种频域加窗单视快速雷达成像优化解析方法
CN114924239A (zh) 一种基于电磁散射模型的快速双站sar回波仿真方法
Wang et al. Dual-aspect geometric and radiometric terrain correction method for high-resolution SAR data
Chen et al. A Fast BP Imaging Method For Highly Squint Spaceborne SAR Imaging Based On Non-Orthogonal Affine Coordinate System
CN118014905A (zh) 基于山区多角度加权影像模拟的高轨凝视sar几何校正方法
Shao et al. Artifacts Suppression of Passive Millimeter-Wave SAIR Imaging
Zhiqi et al. Adaptive Resolution Imaging Algorithm for Helicopter-Borne Arc Antenna Array Based on Grid Layout Optimization
Manikandan et al. Enhanced Feature Based Mosaicing Technique for Visually and Geometrically Degraded Airborne Synthetic Aperture Radar Images

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address
CP03 Change of name, title or address

Address after: 210000 Room 301, floor 3, building 75, zone B, entrepreneurship and innovation city, No. 15, Fengji Avenue, Yuhuatai District, Nanjing, Jiangsu Province

Patentee after: Nanjing Thunderbolt Information Technology Co.,Ltd.

Address before: 210000 15 Fengji Avenue, Yuhuatai District, Nanjing, Jiangsu Province

Patentee before: NANJING LEADING INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.