一種機載sar定標器圖像位置自動提取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及雷達探測技術領域，具體涉及一種機載SAR定標器圖像位置自動提取 方法。
【背景技術】
[0002] 機載合成孔徑雷達（SAR)是一種主動式微波成像傳感器，它利用雷達與目標之間 的相對運動將尺寸較小的真實天線孔徑通過數據處理的方法合成較大的等效天線孔徑，從 而實現高分辨率成像。SAR能夠全天時、全天候對目標進行檢測和定位，受天氣影響小，因此 在軍事偵察、地形測繪等領域得到了廣泛的應用。
[0003] 定標器是SAR定標中用到的一種工具，分為無源定標器和有源定標器。無源定標 器是具有強后向反射系數和一定幾何形狀的金屬器件，有源定標器則是能夠主動發射信號 的定標器件，定標器在SAR的應用中扮演著重要的角色。在定標時，我們需要獲取定標器在 SAR圖像中的準確位置。目前，大多都是通過人工查找的方法，通過人眼觀察定標器在SAR 圖像中的亮點顯示來確定定標器在SAR圖像中的位置。人工查找定位的方法存在以下幾點 不足：
[0004] (1)人工查找方法工作量大，速度慢，耗費時間長。尤其對于場景較大、定標點較多 的情況，人工查找定標點將耗費較多的時間和精力，具有較大難度，缺乏實用性，難以應用 到大型工程項目中。
[0005] (2)人工查找法可能會出現定位錯誤。SAR圖像（未進行地理編碼之前）相對于 真實場景存在一定畸變，對人工查找定標器帶來了一定困難，尤其當定標器周圍存在其他 強點目標干擾時，容易將非定標器點誤認為定標器，從而導致錯誤的查找結果。
[0006] (3)人工查找法容易出現查找誤差。圖像中定標器中心和四周的亮度均較亮，直接 用肉眼難以分辨出最亮的像素中心，因此可能導致查找誤差（像素級誤差）。

【發明內容】

[0007] 有鑒于此，本發明提供了一種機載SAR定標器圖像位置自動提取方法，能夠快速、 準確地在SAR圖像中自動查找到定標器，且定位精確度高。
[0008] 本發明的機載SAR定標器圖像位置自動提取方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1，提取定標器的經煒度、高度信息，SAR圖像中SAR主天線在每個方位時刻的 經煒度、高度信息，以及SAR圖像的處理多普勒中心頻率；
[0010] 步驟2,將定標器和SAR主天線的經煒度信息投影至同一坐標系Oxyz的Oxy平面 中，坐標軸z為定標器和主天線的高度坐標；
[0011] 步驟3,在坐標系Oxyz中，計算定標器位置到主天線運動軌跡的最近距離，該最近 距離即為最近斜距，該最近距離對應的主天線位置的方位時刻即為零多普勒時刻；
[0012] 步驟4,如果SAR圖像成像在零多普勒，則根據步驟3獲得零多普勒時刻的主天線 方位位置和最近斜距，在SAR圖像中找到對應的行、列號，作為定標器在SAR圖像中的初始 位置，執行步驟5 ;如果SAR圖像成像在多普勒中心，則首先利用SAR圖像的處理多普勒中 心頻率計算出雷達波束的斜視角，再根據斜視角和步驟3獲得的最近斜距計算出定標器在 波束中心穿越時刻的斜距，以及波束中心穿越時刻主天線的方位位置；根據波束中心穿越 時刻主天線的方位位置及該時刻的斜矩，在SAR圖像中找出對應的行、列號，作為定標器在 SAR圖像中的初始位置，執行步驟5 ;
[0013] 步驟5,以步驟4獲得的定標器在SAR圖像中的初始位置為中心，取一個搜索窗口， 搜索窗口內強度最大的像素點，則該位置即為定標器在SAR圖像中的位置。
[0014] 進一步地，所述步驟3中，定標器位置到主天線運動軌跡的最近距離的計算方法 為：首先計算每個方位時刻主天線位置與定標器位置之間的距離，然后取距離最小值作為 定標器位置到主天線各方位時刻的運動軌跡的最近距離。
[0015] 進一步地，還包括步驟6,即，將步驟5得到的定標器在SAR圖像中的位置坐標作為 中心，取一窗口，對窗口內圖像進行升米樣，升米樣后窗口內強度最大的像素點在SAR圖像 中的位置即為定標器在SAR圖像中的最終位置。
[0016] 進一步地，所述步驟2中，采用高斯投影方法將定標器和SAR主天線的經煒度信息 投影至坐標系Oxyz的Oxy平面中。
[0017] 進一步地，在定標器有時延的情況下，對步驟4獲得的定標器的初始距離位置進 行校正，即將步驟4獲得的初始距離位置加上定標器時延距離，獲得的距離位置即為校正 后的初始距離位置。
[0018] 有益效果：
[0019] 該方法可以在不需要人工查看圖像的情況下自動提取定標器在SAR圖像中的位 置，與現有人工查找方法具有以下優點：
[0020] (1)實現了查找的自動化，不再需要人工查看SAR圖像，節省了大量的人力和精 力，加快了查找速度，在實際工程中具有良好的應用前景。
[0021] (2)定標器位置提取結果準確可靠，避免了人工查找時可能出現的判讀錯誤和誤 差。
[0022] (3)該方法能夠適用于多種定標模式，輻射定標和干涉定標中均可采用此方法來 查找定標點的準確位置。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明的機載SAR定標器圖像位置自動提取方法流程圖。
[0024] 圖2為定標器場景圖及計算的初始坐標與實際坐標示意圖。
[0025] 圖3為定標器想點升采樣后示意圖。
[0026] 圖4為定標器圖像點升采樣后距離和方位向切片示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0028] 本發明提供了一種機載SAR定標器圖像位置自動提取方法，其流程圖如圖1所示， 具體實現步驟如下：
[0029] 步驟一、讀取定標器的位置信息（煒度、經度和高度信息），讀取SAR主天線在SAR 圖像對應的每個方位時刻的位置信息（煒度、經度和高度信息），以及SAR圖像的處理多普 勒中心等參數。
[0030] 在實際應用中，定標器的位置信息都是以煒度、經度和高度信息給出的，同時，SAR 圖像也會給出場景圖像（SAR圖像）對應的P0S數據，P0S數據記錄了場景圖像每個方位時 刻主天線的位置信息，即主天線的煒度、經度和高度信息，以及該SAR圖像在成像過程中所 用的處理多普勒中心。首先讀取這些數據。
[0031] 步驟二、將定標器的經煒度坐標和SAR主天線的經煒度坐標投影到同一坐標系 Oxyz的平面Oxy中，坐標軸z為定標器和主天線的高度坐標軸，定標器和主天線的高度值與 步驟一獲得的高度值相同。
[0032] 其中，根據投影方法選取具體的坐標系Oxyz，只需保證定標器的經煒度坐標和 SAR主天線的經煒度坐標投影到同一平面即可。本發明采用高斯投影方法，將定標器位置和 主天線位置投影到高斯平面坐標系下。其中，高斯投影計算公式如下：
[0037] 上式中，B、1分別為煒度和相對于中央子午線的經度。通過上式即可將定標器的 經煒度坐標和P0S記錄的主天線的經煒度坐標變換到同一個平面坐標系中。投影后，z軸 為高度坐標，且令定標器和主天線的高度坐標為原高度，保持不變。
[0038] 步驟三、在坐標系Oxyz中，計算定標器到主天線運動軌跡的最近距離，該最近距 離即為最近斜距，該最近距離對應的主天線位置的方位時刻即為零多普勒時刻。
[0039] P0S記錄的主天線位置數據是一條直線（經運動補償后），計算定標器到該直線的 距離即為最近斜距。在實際中，當圖像方位向分辨率較高時，可以計算每個方位時刻主天線 位置與定標點之間的距離，并取最小值作為最近距離，而最近距離對應的主天線方位時刻， 即為零多普勒時刻。
[0040] 步驟四、利用處理多普勒中心頻率計算雷達波束的斜視角，再根據斜視角和步驟 三獲得的最近斜距計算出定標器在波束中心穿越時刻的斜距，以及波束中心穿越時刻主天 線的方位位置。
[0041] 根據處理多普勒中心與斜視角的關系，可得出斜視角