CN114879187A - 一种多维度合成孔径雷达配准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多维度合成孔径雷达配准方法及装置，在成像过程中对信号进行一致性处理，实现多波段的一致性成像。该方法包括：选取基准波段，基于所述各个波段天线相位中心位置、参考轨迹以及所述各个波段的参考偏流角，获取各个波段相对于基准波段的距离向偏移量、方位向偏移量；进行距离向信号重采样、距离向频谱带通滤波和距离向信号截取，得到处理后的距离脉压数据；进行方位向重采样、频谱带通滤波和方位向信号截取，得到处理后的SAR图像；利用定标点检查各波段图像和基准波段图像间的配准精度；若配准精度大于1个像素，则利用定标点修正各个非基准波段图像相对于基准波段的距离向偏移量和方位向偏移量。
Description
技术领域
本发明涉及多波段合成孔径雷达数据处理技术领域，具体涉及一种多维度合成孔径雷达配准方法及装置。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为一种主动遥感技术手段，具有全天时、全天候对地观测的能力，在自然资源监测、地形测绘、森林生物量估计等领域具有重要的应用潜力。随着SAR技术的不断发展，SAR从单极化扩展到多极化，从单一波段扩展到多波段，具有多波段多极化等多个维度同时观测能力的系统不断出现。如德国的F-SAR具备P、L、S、C、X五个波段的全极化数据获取能力；国内的多维度SAR具备P、L、S、C、X、Ka六个波段同时观测能力。
多维度SAR可以提供多个波段的数据，不同波段下的地物的散射特性、穿透能力等不同，有利于进一步推动SAR行业应用的发展。但由于不同波段的带宽、波束宽度、天线相位中心安装位置等差异导致不同波段的SAR图像间存在几何畸变，如何实现多维度SAR多波段配准，是多维度SAR多波段数据综合应用的一个重要前提。
近年来，为实现SAR配准开展了大量的研究工作。大部分学者从SAR成像处理后的图像入手，借鉴计算机视觉和光学图像的配准方法，利用图像的特征或者灰度信息进行匹配，然后构建几何关系模型进行几何变换，实现图像的配准，但配准的精度相对较低。还有少部分学者，从在SAR数据成像阶段进行处理，采用高精度的外部DEM，以及研究分析SAR成像过程中的误差来源，在成像过程中进行误差补偿，实现SAR成像后的图像自配准。目前配准方面的研究主要还是针对同一波段的，由于不同波段的地物散射特性差异和几何差异，直接从图像出发的配准技术往往匹配失效，而从成像过程处理的配准技术局限在某一波段，只是天线相位中心不同，同时配准精度受DEM精度和误差补偿近似处理的影响。因此，面向多维度SAR多个波段的联合观测应用需求，提升多维度SAR多波段的配准精度，具有重要的研究意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多维度合成孔径雷达配准方法及装置，能够解决不同波段采样间隔、天线相位中心位置、时间同步、运动补偿等引起的耦合误差的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。
一种多维度合成孔径雷达配准方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：获取多维度合成孔径雷达(SAR)系统在一次飞行中得到的多波段回波数据集合I＝{I1，…,Ir，…，Inum}；利用回波数据中的内定标数据，计算各个波段的采样延迟修正值；利用位置和姿态数据生成各个波段的参考轨迹；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于所述各个波段的参考轨迹，获取各个波段的参考偏流角；选取基准波段，基于所述各个波段天线相位中心位置、参考轨迹以及所述各个波段的参考偏流角，获取各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}；其中，num为系统的波段数，1≤i≤num-1，1≤r≤num，Ir为波段r对应的回波数据，Di为非基准波段i相对于基准波段的距离向偏移量，Ti为非基准波段i相对于基准波段的方位向偏移；
步骤S2：对于所述相对于基准波段的距离向偏移量D中的每一个Di，执行以下操作：对回波信号进行距离向脉冲压缩处理，基于与Di对应的波段的距离向频谱带宽、采样延迟修正值、以及Di，进行距离向信号重采样、距离向频谱带通滤波和距离向信号截取；得到处理后的距离脉压数据，记为Di'；
步骤S3：对于所述相对于基准波段的方位向偏移量T中的每一个Ti，执行以下操作：对处理后的距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值，基于与Ti对应的波段的方位向频谱带宽、脉冲重复频率、以及Ti，进行方位向重采样、频谱带通滤波和方位向信号截取；得到处理后的SAR图像，记为Ti'；
步骤S4：利用定标点检查各波段图像和基准波段图像间的配准精度；
步骤S5：若配准精度大于1个像素，则利用定标点修正各个非基准波段图像相对于基准波段的距离向偏移量和方位向偏移量，进入步骤S2；若配准精度小于或等于1个像素，方法结束。
优选地，所述步骤S1，包括：
步骤S11：根据回波数据中的内定标数据，计算各波段的采样延迟修正值；
步骤S12：将位置和姿态数据中的经纬度位置坐标投影为高斯平面坐标，然后再对位置的高斯平面坐标进行线性拟合，生成各个波段的参考轨迹和参考偏流角；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于各个波段的天线相位中心位置，对各个波段的实际飞行轨迹、参考轨迹进行坐标旋转，生成各个波段的天线相位中心轨迹；
步骤S13：根据各个波段的天线相位中心轨迹、参考偏流角，利用各个波段的天线相位中心的位置矢量，计算各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}。
优选地，所述步骤S2，包括：
步骤S21：利用Di对应的波段的回波数据和Di对应的波段的距离向参考函数，完成距离向脉冲压缩处理；
步骤S22：依据Di的采样频率的最小值，对Di对应的波段的距离向脉压数据进行距离向重采样；
步骤S23：估计Di对应的波段的距离向频谱带宽取值范围，以Di波段中的距离向频谱带宽的最小值对Di对应的波段的距离向脉压数据进行频域带通滤波；
步骤S24：依据Di对应的波段的采样延迟修正值、系统采样延迟、Di对应的波段的距离向偏移量、以及距离向波束宽度，对与Di对应的波段的距离向脉压数据进行信号截取，得到处理后的距离脉压数据。
优选地，所述步骤S3，包括：
步骤S31：选取基准波段的斜视角，计算Ti对应波段的多普勒中心频率，对与Ti对应波段的处理后距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值处理；
步骤S32：依据Ti的PRF最小值，对Ti对应的波段的数据进行方位向重采样，并完成方位向脉冲压缩处理；
步骤S33：估计Ti对应的波段的方位向频谱宽度取值范围，以Ti对应波段的方位向频谱宽度的最小值对Ti对应的波段的数据进行频域带通滤波；
步骤S34：根据方位向偏移量，对与Ti对应的波段的数据进行方位向信号截取。
优选地，所述步骤S4，包括：
步骤S41：利用定标点地理坐标、图像辅助数据，根据距离多普勒模型进行定标点粗定位；
步骤S42：对定标点周围预设范围的图像进行sinc插值，估计子像素级定标点位置；
步骤S43：计算各非基准波段和基准波段图像间的定标点坐标差。
一种多维度合成孔径雷达配准装置，所述装置包括：
数据获取模块：配置为获取多维度合成孔径雷达(SAR)系统在一次飞行中得到的多波段回波数据集合I＝{I1，…,Ir，…，Inum}；利用回波数据中的内定标数据，计算各个波段的采样延迟修正值；利用位置和姿态数据生成各个波段的参考轨迹；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于所述各个波段的参考轨迹，获取各个波段的参考偏流角；选取基准波段，基于所述各个波段天线相位中心位置、参考轨迹以及所述各个波段的参考偏流角，获取各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}；其中，num为系统的波段数，1≤i≤num-1，1≤r≤num，Ir为波段r对应的回波数据，Di为非基准波段i相对于基准波段的距离向偏移量，Ti为非基准波段i相对于基准波段的方位向偏移；
距离脉压数据获取模块：配置为对于所述相对于基准波段的距离向偏移量D中的每一个Di，执行以下操作：对回波信号进行距离向脉冲压缩处理，基于与Di对应的波段的距离向频谱带宽、采样延迟修正值、以及Di，进行距离向信号重采样、距离向频谱带通滤波和距离向信号截取；得到处理后的距离脉压数据，记为Di'；
脉压数据方位处理模块：配置为对于所述相对于基准波段的方位向偏移量T中的每一个Ti，执行以下操作：对处理后的距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值，基于与Ti对应的波段的方位向频谱带宽、脉冲重复频率、以及Ti，进行方位向重采样、频谱带通滤波和方位向信号截取；得到处理后的SAR图像，记为Ti'；
SAR图像配准精度测量模块：配置为利用定标点检查各波段图像和基准波段图像间的配准精度；
判断模块：配置为若配准精度大于1个像素，则利用定标点修正各个非基准波段图像相对于基准波段的距离向偏移量和方位向偏移量，触发距离脉压数据获取模块；若配准精度小于或等于1个像素，配准结束。
优选地，所述数据获取模块，包括：
修正子模块：配置为根据回波数据中的内定标数据，计算各波段的采样延迟修正值；
中心轨迹获取子模块：配置为将位置和姿态数据中的经纬度位置坐标投影为高斯平面坐标，然后再对位置的高斯平面坐标进行线性拟合，生成各个波段的参考轨迹和参考偏流角；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于各个波段的天线相位中心位置，对各个波段的实际飞行轨迹、参考轨迹进行坐标旋转，生成各个波段的天线相位中心轨迹；
偏移量获取子模块：配置为根据各个波段的天线相位中心轨迹、参考偏流角，利用各个波段的天线相位中心的位置矢量，计算各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}。
优选地，所述距离脉压数据获取模块，包括：
距离向脉冲压缩：配置为利用Di对应的波段的回波数据和Di对应的波段的距离向参考函数，完成距离向脉冲压缩处理；
重采样子模块：配置为依据Di的采样频率的最小值，对Di对应的波段的距离向脉压数据进行距离向重采样；
频域带通滤波子模块：配置为估计Di对应的波段的距离向频谱带宽取值范围，以Di波段中的距离向频谱带宽的最小值对Di对应的波段的距离向脉压数据进行频域带通滤波；
距离脉压子模块：配置为依据Di对应的波段的采样延迟修正值、系统采样延迟、Di对应的波段的距离向偏移量、以及距离向波束宽度，对与Di对应的波段的距离向脉压数据进行信号截取，得到处理后的距离脉压数据。
优选地，所述脉压数据方位处理模块模块，包括：
第二修正子模块：配置为选取基准波段的斜视角，计算Ti对应波段的多普勒中心频率，对与Ti对应波段的处理后距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值处理；
方位向处理子模块：配置为依据Ti的PRF最小值，对Ti对应的波段的数据进行方位向重采样，并完成方位向脉冲压缩处理；
频域带通滤波子模块：配置为估计Ti对应的波段的方位向频谱宽度取值范围，以Ti对应波段的方位向频谱宽度的最小值对Ti对应的波段的数据进行频域带通滤波；
截取子模块：配置为根据方位向偏移量，对与Ti对应的波段的数据进行方位向信号截取。
优选地，所述SAR图像配准精度测量模块，包括：
粗定位子模块：配置为利用定标点地理坐标、图像辅助数据，根据距离多普勒模型进行定标点粗定位；
估算子模块：配置为对定标点周围预设范围的图像进行sinc插值，估计子像素级定标点位置；
坐标差确定子模块：配置为计算各非基准波段和基准波段图像间的定标点坐标差。
有益效果：
(1)本发明在各波段成像过程中分析天线相位中心位置矢量、采样频率、带宽和PRF的参数差异，在成像过程中对信号进行一致性处理，实现多波段的一致性成像，大大减弱了各波段图像间的几何畸变；
(2)本发明在多波段一致性成像后，可根据少量定标点重新计算偏移量，进进行迭代优化处理，有效提高多波段间的配准精度。
附图说明
图1为本发明的多维度合成孔径雷达方法流程示意图；
图2为本发明的多维度合成孔径雷达细化方法流程示意图；
图3为本发明不同天线中心位置示意图；
图4为本发明的多维度合成孔径雷达装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
本发明是一种多维度合成孔径雷达配准方法及装置，获取不同波段的系统参数，基于天线相位中心的空间几何关系，在成像过程中进行时空一致性处理，实现多维度SAR多波段图像配准。
如图1-2所示，所述多维度合成孔径雷达配准方法，包括：
步骤S1：获取多维度合成孔径雷达(SAR)系统在一次飞行中得到的多波段回波数据集合I＝{I1，…,Ir，…，Inum}；利用回波数据中的内定标数据，计算各个波段的采样延迟修正值；利用位置和姿态数据生成各个波段的参考轨迹；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于所述各个波段的参考轨迹，获取各个波段的参考偏流角；选取基准波段，基于所述各个波段天线相位中心位置、参考轨迹以及所述各个波段的参考偏流角，获取各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}；其中，num为系统的波段数，1≤i≤num-1，1≤r≤num，Ir为波段r对应的回波数据，Di为非基准波段i相对于基准波段的距离向偏移量，Ti为非基准波段i相对于基准波段的方位向偏移；
步骤S2：对于所述相对于基准波段的距离向偏移量D中的每一个Di，执行以下操作：对回波信号进行距离向脉冲压缩处理，基于与Di对应的波段的距离向频谱带宽、采样延迟修正值、以及Di等参数，进行距离向信号重采样、距离向频谱带通滤波和距离向信号截取；得到处理后的距离脉压数据，记为Di'；
步骤S3：对于所述相对于基准波段的方位向偏移量T中的每一个Ti，执行以下操作：对处理后的距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值，基于与Ti对应的波段的方位向频谱带宽、脉冲重复频率、以及Ti等参数，进行方位向重采样、频谱带通滤波和方位向信号截取；得到处理后的SAR图像，记为Ti'；
步骤S4：利用定标点检查各波段图像和基准波段图像间的配准精度；
步骤S5：若配准精度大于1个像素，则利用定标点修正各个非基准波段图像相对于基准波段的距离向偏移量和方位向偏移量，将Di更新为Di1，将Ti更新为Ti1；进入步骤S2；若配准精度小于或等于1个像素，方法结束。
本发明利用多维度SAR系统一次飞行同时获取的多波段图像，基于天线相位中心的空间几何关系和个波段系统参数，进行带通滤波等信号处理，实现了多波段SAR图像配准。本发明基本思想是通过时间一致性处理、空间一致性处理，实现多维度SAR一致性成像处理目的，达到多波段成像后图像配准精度优于1个像素。
所述步骤S1，包括：
步骤S11：根据回波数据中的内定标数据，计算各波段的采样延迟修正值；
步骤S12：将位置和姿态数据中的经纬度位置坐标投影为高斯平面坐标，然后再对位置的高斯平面坐标进行线性拟合，生成各个波段的参考轨迹和参考偏流角；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于各个波段的天线相位中心位置，对各个波段的实际飞行轨迹、参考轨迹进行坐标旋转，生成各个波段的天线相位中心轨迹；
步骤S13：根据各个波段的天线相位中心轨迹、参考偏流角等，利用各个波段的天线相位中心的位置矢量，计算各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}。
所述步骤S2，包括：
步骤S21：利用Di对应的波段的回波数据和Di对应的波段的距离向参考函数，完成距离向脉冲压缩处理；
步骤S22：依据Di的采样频率的最小值，对Di对应的波段的距离向脉压数据进行距离向重采样；
步骤S23：估计Di对应的波段的距离向频谱带宽取值范围，以Di波段中的距离向频谱带宽的最小值对Di对应的波段的距离向脉压数据进行频域带通滤波；
步骤S24：依据Di对应的波段的采样延迟修正值、系统采样延迟、Di对应的波段的距离向偏移量、以及距离向波束宽度，对与Di对应的波段的距离向脉压数据进行信号截取，得到处理后的距离脉压数据。
进一步地，本实施例中，根据各波段的系统采样延迟ti、采样延迟修正值Δti和dyi，计算各波段的初始斜距Ri，计算公式如下式所示。然后根据距离向频谱带宽的最小值对距离向脉冲数据进行截取。
其中，c为光速，dyi为距离向偏移量。
所述步骤S3，包括：
步骤S31：选取基准波段的斜视角，计算Ti对应波段的多普勒中心频率，对与Ti对应波段的处理后距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值处理；
步骤S32：依据Ti的PRF最小值，对Ti对应的波段的数据进行方位向重采样，并完成方位向脉冲压缩处理；
步骤S33：估计Ti对应的波段的方位向频谱宽度取值范围，以Ti对应波段的方位向频谱宽度的最小值对Ti对应的波段的数据进行频域带通滤波；
步骤S34：根据方位向偏移量，对与Ti对应的波段的数据进行方位向信号截取。
所述步骤S4，包括：
步骤S41：利用定标点地理坐标、图像辅助数据，根据距离多普勒模型进行定标点粗定位；
步骤S42：对定标点周围预设范围的图像进行sinc插值，估计子像素级定标点位置；
步骤S43：计算各非基准波段和基准波段图像间的定标点坐标差。
所述步骤S5，包括：
计算各非基准波段图像相对于基准波段图像的定标点坐标差，换算为各非基准波段图像相对于基准波段的距离向偏移量Di1和方位向偏移量Ti1，将Di更新为Di1，将Ti更新为Ti1。
本发明如下实施例提供一种多维合成孔径雷达配准方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S101：针对每一波段，从雷达回波中提取内定标信号，进行内定标信号脉冲压缩等处理，计算采样延迟修正值Δti(i＝1,2,3…，num)。
步骤S102：根据基带回波数据的起始时刻和结束时刻，将POS中IMU的经纬度坐标进行高斯投影，对实际飞行轨迹的高斯坐标进行最小二乘线性拟合，计算得到参考轨迹和参考偏流角。
步骤S103：利用参考偏流角对实际飞行轨迹和参考轨迹进行坐标旋转，根据成像坐标系下的IMU轨迹坐标、载机坐标系下天线相位中心坐标和每个采样时刻的姿态角(偏航角θy、俯仰角θp和横滚角θr)，计算成像坐标系下的天线相位中心轨迹坐标。
步骤S104：根据各波段成像坐标系下的天线相位中心轨迹坐标和姿态角，计算起始轨迹坐标沿方位向和距离向的偏移分量，分别记录为dxi，dyi。如图3所示，A,B分别表示两个天线相位中心的位置，其坐标分为(x1,y1)和(x2,y2)，计算公示如下所示。
步骤S105：针对每一波段，对基带回波数据进行傅里叶变换，变换到距离频域。根据其采样频率、采样时宽和调频率等系统参数，计算频域匹配滤波器，与变换后的回波数据相乘，得到距离向脉冲压缩数据，同时估计距离频域的频谱宽度。
步骤S106：依据不同波段的采样频率的最小值，对各波段的距离向脉压数据进行距离向重采样；以各波段的最小频谱宽度为门限阈值，对各波段进行距离向频谱带通滤波。
步骤S107：根据各波段的采样延迟ti、采样延迟修正值Δti和dyi，计算各波段的初始斜距Ri，计算公式如下式所示。然后根据距离向最小波束宽度对距离向脉冲数据进行截取。
步骤S108：针对每一波段，根据下式计算其多普勒中心fi。
其中，v表示飞行速度，θy和θr分别表示基准波段的参考斜视角，λi表示各各波段的雷达波长。
步骤S109：针对每一波段，利用多普勒中心、天线相位中心轨迹等参数，分别计算计算一阶运动补偿量和二阶运补量，对处理后的距离向脉冲压缩数据完成二阶运补。
步骤S110：在二维频域进行参考函数相乘和stolt插值。
步骤S111：针对每一波段，生成方位匹配滤波器的复共轭函数并与数据相乘，完成方位向脉冲压缩处理。
步骤S112：选取不同波段脉冲重复频率的最小值，针对每一波段，对数据进行方位向重采样，同时估计方位向频谱宽度。步骤S113：选取不同波段的方位向频谱宽度最小值为门限，进行以各波段多普勒中心的带通滤波处理。根据前面获取的dxi进行方位向数据截取，生成聚焦的SLC、幅度图像和辅助数据。
步骤S114：在各波段的图像上选取定标点，根据多普勒中心、雷达波长等图像辅助数据，对该定标点进行距离多普勒模型粗定位，获得定标点在各波段的初始图像坐标。
步骤S115：在初始图像坐标周围128个像素内进行峰值搜索，得到定标点在各波段的子像素级图像坐标。计算定标点图像坐标相对于基准波段图像的坐标差；
步骤S116：若小于1个像素，则结束；若大于一个像素，再根据图像像元大小，换算到相对于基准波段的方位向和距离向的偏移分量，分别记录为dxi，dyi，然后转至步骤S105，重新成像。
本实施例中，基于上述一种多维度合成孔径雷达数据一致性成像处理方法，能够获得具有相同分辨率的多个波段图像，波段间配准精度优于1个像素。本实施例给出了一种多维度合成孔径雷达数据一致性成像处理方法，通过成像处理过程中进行采样延迟修正、APC位置误差消除、频谱滤波等处理，实现多波段一致性成像的目的，成像后的多波段图像配准精度优于1个像素。
如图4所示，本发明提供一种多维度合成孔径雷达配准装置，所述装置包括：
数据获取模块：配置为获取多维度合成孔径雷达(SAR)系统在一次飞行中得到的多波段回波数据集合I＝{I1，…,Ir，…，Inum}；利用回波数据中的内定标数据，计算各个波段的采样延迟修正值；利用位置和姿态数据生成各个波段的参考轨迹；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于所述各个波段的参考轨迹，获取各个波段的参考偏流角；选取基准波段，基于所述各个波段天线相位中心位置、参考轨迹以及所述各个波段的参考偏流角，获取各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}；其中，num为系统的波段数，1≤i≤num-1，1≤r≤num，Ir为波段r对应的回波数据，Di为非基准波段i相对于基准波段的距离向偏移量，Ti为非基准波段i相对于基准波段的方位向偏移；
距离脉压数据获取模块：配置为对于所述相对于基准波段的距离向偏移量D中的每一个Di，执行以下操作：对回波信号进行距离向脉冲压缩处理，基于与Di对应的波段的距离向频谱带宽、采样延迟修正值、以及Di，进行距离向信号重采样、距离向频谱带通滤波和距离向信号截取；得到处理后的距离脉压数据，记为Di'；
脉压数据方位处理模块：配置为对于所述相对于基准波段的方位向偏移量T中的每一个Ti，执行以下操作：对处理后的距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值，基于与Ti对应的波段的方位向频谱带宽、脉冲重复频率、以及Ti，进行方位向重采样、频谱带通滤波和方位向信号截取；得到处理后的SAR图像，记为Ti'；
SAR图像配准精度测量模块：配置为利用定标点检查各波段图像和基准波段图像间的配准精度；
判断模块：配置为若配准精度大于1个像素，则利用定标点修正各个非基准波段图像相对于基准波段的距离向偏移量和方位向偏移量，触发距离脉压数据获取模块；若配准精度小于或等于1个像素，配准结束。
以上的具体实施例仅描述了本发明的设计原理，该描述中的部件形状，名称可以不同，不受限制。所以，本发明领域的技术人员可以对前述实施例记载的技术方案进行修改或等同替换；而这些修改和替换未脱离本发明创造宗旨和技术方案，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多维度合成孔径雷达配准方法，其特征在于，包括：
步骤S1：获取多维度合成孔径雷达(SAR)系统在一次飞行中得到的多波段回波数据集合I＝{I1，…,Ir，…，Inum}；利用回波数据中的内定标数据，计算各个波段的采样延迟修正值；利用位置和姿态数据生成各个波段的参考轨迹；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于所述各个波段的参考轨迹，获取各个波段的参考偏流角；选取基准波段，基于所述各个波段天线相位中心位置、参考轨迹以及所述各个波段的参考偏流角，获取各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}；其中，num为系统的波段数，1≤i≤num-1，1≤r≤num，Ir为波段r对应的回波数据，Di为非基准波段i相对于基准波段的距离向偏移量，Ti为非基准波段i相对于基准波段的方位向偏移；
步骤S2：对于所述相对于基准波段的距离向偏移量D中的每一个Di，执行以下操作：对回波信号进行距离向脉冲压缩处理，基于与Di对应的波段的距离向频谱带宽、采样延迟修正值、以及Di，进行距离向信号重采样、距离向频谱带通滤波和距离向信号截取；得到处理后的距离脉压数据，记为D′i；
步骤S3：对于所述相对于基准波段的方位向偏移量T中的每一个Ti，执行以下操作：对处理后的距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值，基于与Ti对应的波段的方位向频谱带宽、脉冲重复频率、以及Ti，进行方位向重采样、频谱带通滤波和方位向信号截取；得到处理后的SAR图像，记为T′i；
步骤S4：利用定标点检查各波段图像和基准波段图像间的配准精度；
步骤S5：若配准精度大于1个像素，则利用定标点修正各个非基准波段图像相对于基准波段的距离向偏移量和方位向偏移量，进入步骤S2；若配准精度小于或等于1个像素，方法结束。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：
步骤S11：根据回波数据中的内定标数据，计算各波段的采样延迟修正值；
步骤S12：将位置和姿态数据中的经纬度位置坐标投影为高斯平面坐标，然后再对位置的高斯平面坐标进行线性拟合，生成各个波段的参考轨迹和参考偏流角；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于各个波段的天线相位中心位置，对各个波段的实际飞行轨迹、参考轨迹进行坐标旋转，生成各个波段的天线相位中心轨迹；
步骤S13：根据各个波段的天线相位中心轨迹、参考偏流角，利用各个波段的天线相位中心的位置矢量，计算各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：
步骤S21：利用Di对应的波段的回波数据和Di对应的波段的距离向参考函数，完成距离向脉冲压缩处理；
步骤S22：依据Di的采样频率的最小值，对Di对应的波段的距离向脉压数据进行距离向重采样；
步骤S23：估计Di对应的波段的距离向频谱带宽取值范围，以Di波段中的距离向频谱带宽的最小值对Di对应的波段的距离向脉压数据进行频域带通滤波；
步骤S24：依据Di对应的波段的采样延迟修正值、系统采样延迟、Di对应的波段的距离向偏移量、以及距离向波束宽度，对与Di对应的波段的距离向脉压数据进行信号截取，得到处理后的距离脉压数据。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：
步骤S31：选取基准波段的斜视角，计算Ti对应波段的多普勒中心频率，对与Ti对应波段的处理后距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值处理；
步骤S32：依据Ti的PRF最小值，对Ti对应的波段的数据进行方位向重采样，并完成方位向脉冲压缩处理；
步骤S33：估计Ti对应的波段的方位向频谱宽度取值范围，以Ti对应波段的方位向频谱宽度的最小值对Ti对应的波段的数据进行频域带通滤波；
步骤S34：根据方位向偏移量，对与Ti对应的波段的数据进行方位向信号截取。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：
步骤S41：利用定标点地理坐标、图像辅助数据，根据距离多普勒模型进行定标点粗定位；
步骤S42：对定标点周围预设范围的图像进行sinc插值，估计子像素级定标点位置；
步骤S43：计算各非基准波段和基准波段图像间的定标点坐标差。
6.一种多维度合成孔径雷达配准装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块：配置为获取多维度合成孔径雷达(SAR)系统在一次飞行中得到的多波段回波数据集合I＝{I1，…,Ir，…，Inum}；利用回波数据中的内定标数据，计算各个波段的采样延迟修正值；利用位置和姿态数据生成各个波段的参考轨迹；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于所述各个波段的参考轨迹，获取各个波段的参考偏流角；选取基准波段，基于所述各个波段天线相位中心位置、参考轨迹以及所述各个波段的参考偏流角，获取各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}；其中，num为系统的波段数，1≤i≤num-1，1≤r≤num，Ir为波段r对应的回波数据，Di为非基准波段i相对于基准波段的距离向偏移量，Ti为非基准波段i相对于基准波段的方位向偏移；
距离脉压数据获取模块：配置为对于所述相对于基准波段的距离向偏移量D中的每一个Di，执行以下操作：对回波信号进行距离向脉冲压缩处理，基于与Di对应的波段的距离向频谱带宽、采样延迟修正值、以及Di，进行距离向信号重采样、距离向频谱带通滤波和距离向信号截取；得到处理后的距离脉压数据，记为D′i；
脉压数据方位处理模块：配置为对于所述相对于基准波段的方位向偏移量T中的每一个Ti，执行以下操作：对处理后的距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值，基于与Ti对应的波段的方位向频谱带宽、脉冲重复频率、以及Ti，进行方位向重采样、频谱带通滤波和方位向信号截取；得到处理后的SAR图像，记为T′i；
SAR图像配准精度测量模块：配置为利用定标点检查各波段图像和基准波段图像间的配准精度；
判断模块：配置为若配准精度大于1个像素，则利用定标点修正各个非基准波段图像相对于基准波段的距离向偏移量和方位向偏移量，触发距离脉压数据获取模块；若配准精度小于或等于1个像素，配准结束。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据获取模块，包括：
修正子模块：配置为根据回波数据中的内定标数据，计算各波段的采样延迟修正值；
中心轨迹获取子模块：配置为将位置和姿态数据中的经纬度位置坐标投影为高斯平面坐标，然后再对位置的高斯平面坐标进行线性拟合，生成各个波段的参考轨迹和参考偏流角；基于各个波段天线的安装位置，获取各个波段天线相位中心位置；基于各个波段的天线相位中心位置，对各个波段的实际飞行轨迹、参考轨迹进行坐标旋转，生成各个波段的天线相位中心轨迹；
偏移量获取子模块：配置为根据各个波段的天线相位中心轨迹、参考偏流角，利用各个波段的天线相位中心的位置矢量，计算各个波段相对于基准波段的距离向偏移量D＝{D1，…,Di，…，Dnum-1}、以及各个波段相对于基准波段的方位向偏移量T＝{T1，…,Ti，…，Tnum-1}。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述距离脉压数据获取模块，包括：
距离向脉冲压缩：配置为利用Di对应的波段的回波数据和Di对应的波段的距离向参考函数，完成距离向脉冲压缩处理；
重采样子模块：配置为依据Di的采样频率的最小值，对Di对应的波段的距离向脉压数据进行距离向重采样；
频域带通滤波子模块：配置为估计Di对应的波段的距离向频谱带宽取值范围，以Di波段中的距离向频谱带宽的最小值对Di对应的波段的距离向脉压数据进行频域带通滤波；
距离脉压子模块：配置为依据Di对应的波段的采样延迟修正值、系统采样延迟、Di对应的波段的距离向偏移量、以及距离向波束宽度，对与Di对应的波段的距离向脉压数据进行信号截取，得到处理后的距离脉压数据。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述脉压数据方位处理模块，包括：
第二修正子模块：配置为选取基准波段的斜视角，计算Ti对应波段的多普勒中心频率，对与Ti对应波段的处理后距离向脉压数据进行运动补偿和stolt插值处理；
方位向处理子模块：配置为依据Ti的PRF最小值，对Ti对应的波段的数据进行方位向重采样，并完成方位向脉冲压缩处理；
频域带通滤波子模块：配置为估计Ti对应的波段的方位向频谱宽度取值范围，以Ti对应波段的方位向频谱宽度的最小值对Ti对应的波段的数据进行频域带通滤波；
截取子模块：配置为根据方位向偏移量，对与Ti对应的波段的数据进行方位向信号截取。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述SAR图像配准精度测量模块，包括：
粗定位子模块：配置为利用定标点地理坐标、图像辅助数据，根据距离多普勒模型进行定标点粗定位；
估算子模块：配置为对定标点周围预设范围的图像进行sinc插值，估计子像素级定标点位置；
坐标差确定子模块：配置为计算各非基准波段和基准波段图像间的定标点坐标差。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202210150652.8A CN114879187A (zh) | 2022-02-14 | 2022-02-14 | 一种多维度合成孔径雷达配准方法及装置 |
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| CN202210150652.8A CN114879187A (zh) | 2022-02-14 | 2022-02-14 | 一种多维度合成孔径雷达配准方法及装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117310633A (zh) * | 2023-11-28 | 2023-12-29 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种多维度sar系统几何定标方法 |
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2022
- 2022-02-14 CN CN202210150652.8A patent/CN114879187A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117310633A (zh) * | 2023-11-28 | 2023-12-29 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种多维度sar系统几何定标方法 |
| CN117310633B (zh) * | 2023-11-28 | 2024-02-23 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种多维度sar系统几何定标方法 |
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