專利名稱：：一種基于星地坐標轉換的星載sar圖像地理編碼方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種圖像地理編碼方法，特別涉及一種基于星地坐標轉換的星載SAR圖像地理編碼方法。屬于圖像處理
技術領域：
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背景技術：
：合成孔徑雷達(SAR)衛(wèi)星近些年來發(fā)展迅速，由于SAR衛(wèi)星不受天氣、地理、時間等因素的限制，能夠對地進行全天時的觀測，且具有一定的穿透力，因而被廣泛的應用于軍事偵察、資源探測、海洋觀測、生態(tài)監(jiān)測、快速救援等方面。隨著應用需求的不斷增加，星載SAR圖像產品的等級也不斷提高，其中對星載SAR圖像產品進行地理編碼是一個重要的星載SAR圖像處理內容，具有廣泛的應用前景，比如快速營救、精確打擊、資源探測、圖像拼接等。對于星載SAR圖像，目前常用的星載SAR圖像地理編碼基本可以分為兩類1、基于距離-多普勒(R-D)定位模型的方法基于距離-多普勒(R-D)定位模型的方法是一種精確的SAR圖像地理編碼方法，其核心是利用了3個方程求解SAR圖像中的像素在轉動地心坐標系下的坐標，進而獲取該像素位置所對應的經緯度，3個方程分別為地球橢球模型方程、斜距方程及多普勒方程。由于這3個方程表示形式較為復雜，故最后的問題歸結到求解非線性方程組的問題。一般情況下，非線性方程組不具有顯示解，需要利用數(shù)值分析的方法求解近似值，而當初值選取不合適時，結果可能不收斂，同時迭代處理需要消耗過多的時間，嚴重影響了SAR圖像的地理編碼效率。2、基于近似模型的方法正由于R-D定位模型需要迭代運算，處理效率低，在實際應用中往往對處理模型進行修改，在不影響應用的前提下對模型進行各種近似，進而獲取某種條件下的顯示解，這種方法雖然提高了處理效率，伹處理精度受到了很大的影響，難以實現(xiàn)星載SAR圖像的高精度地理編碼。本方法解決了上述的問題，通過建立星地坐標之間的6組轉換關系，利用雷達天線視角這一中間變量，將問題轉換為求解一元四次方程的問題，在不損失精度的前提下顯著地提高了處理的效率，是一種全新的星載SAR圖像地理編碼方法，對實現(xiàn)星載SAR圖像高精度實時地理編碼具有重要意義。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種基于星地坐標轉換的星載SAR圖像地理編碼方法，它是通過星地坐標轉換矩陣，將雷達天線視角作為未知量帶入星地坐標轉換矩陣，將其轉換到轉動地心坐標系中，并帶入地球橢球模型方程進行求解，通過求解一元四次方程，求解出雷達天線視角大小，再將雷達天線視角帶入星地坐標轉換矩陣即可求解SAR圖像中某像素所對應的經諱度，依次對星載SAR圖像中的像素點重復上述操作，即可快速、精度的完成星載SAR圖像的地理編碼。為了更好對本方法進行介紹，首先需要介紹星地6個坐標系之間的轉換關系。首先說明星地轉換6個坐標系的定義1.不轉動的地心坐標系￡。坐標原點地球球心Z軸沿地球的自轉軸指向正北極X軸在赤道平面內，指向春分點Y軸在赤道平面內，使該坐標系構成右手直角坐標系不轉動的地心坐標系是在不轉動的地心赤道參考系(慣性參考系)中建立的直角坐標系。2.轉動的地心坐標系^坐標原點地球球心Z軸沿地球的自轉軸指向正北極X軸在赤道平面內，通過格林威治子午線上半分支Y軸在赤道平面內，使該坐標系構成右手坐標系3.衛(wèi)星軌道平面坐標系^坐標原點衛(wèi)星橢圓軌道的一個焦點(即地球球心)Z軸垂直于衛(wèi)星軌道平面，正向指向衛(wèi)星的角動量矢量方向Y軸在衛(wèi)星平面內，正向指向近心點X軸在衛(wèi)星軌道平面內，使該坐標系構成右手直角坐標系4.衛(wèi)星平臺坐標系A坐標原點衛(wèi)星質心Z軸垂直于衛(wèi)星軌道平面，正向指向衛(wèi)星的角動量矢量方向X軸在衛(wèi)星軌道平面內，陀螺平臺住縱軸方向(衛(wèi)星的設計分性方向)Y軸在衛(wèi)星軌道平面內，使該坐標系構成右手直角坐標系5.衛(wèi)星星體坐標系i^,坐標原點衛(wèi)星質心；X軸沿衛(wèi)星星體縱軸方向(衛(wèi)星的真實飛行方向)Y軸、Z軸沿衛(wèi)星星體的另外兩個慣性主軸方向6.天線坐標系E。坐標原點天線相位中心點；X軸正向指向衛(wèi)星的真實飛行方向；Y軸沿天線瞄準線，指向地球方向為正向；Z軸右手準則給出，使該坐標系構成右手直角坐標系。其次說明星地六個坐標系之間的轉換關系4、4、4、4、4、4。44。坐標系轉換示意圖如上圖所示，4^為4。的逆矩陣(4。^。g=/)，以下類1.轉動的地心坐標系^/不轉動的地心坐標系A不轉動的地心坐標系繞軸逆時針轉過一個春分點的格林威治時角就得到轉動的地心坐標系￡g。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>2.不轉動的地心坐標系A/軌道平面坐標系A不轉動的地心坐標系五。經三次旋轉得到軌到平面坐標系A。第一次，將不轉動的地心坐標系繞Z軸逆時針旋轉一個角Q;第二次，將得到的坐標系再繞X同<軸逆時針旋轉一個角度"第三次，再將所得坐標系繞z軸逆時針旋轉一個角度最后得到軌道平面坐標系《。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>3.軌道平面坐標系A/衛(wèi)星平臺坐標系A衛(wèi)星平臺坐標系&繞Z軸逆時針旋轉一個角度90°+^-r得到衛(wèi)星軌道平面坐標系A。其中，S是衛(wèi)星的真近心角，y是衛(wèi)星的航跡角。真近心角0由開普勒方程及真近心角與偏心角E的對應關系求得-"tan—=1+e五—、-tan—22航跡角/HS90。sin(6>——cos(^—y)0人00l乂其中，A為引力場常數(shù)，取3.986013e14，r為星上某一時刻。4.衛(wèi)星平臺坐標系A/衛(wèi)星形體坐標系A衛(wèi)星星體坐標系A經三次旋轉得到衛(wèi)星平臺坐標系A。第一次，將衛(wèi)星星體坐標系《繞X軸順時針旋轉一個橫滾角度《；第二次，將得到的坐標系繞Z軸順時針旋轉一個俯仰角度^;第三次，再將所得到的坐標系繞Y軸逆時針旋轉一個角度^，最后得到衛(wèi)星平臺坐標系A。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>5.衛(wèi)星星體坐標系&/天線坐標系^。天線坐標系￡。繞X軸逆時針旋轉一個角度^得到衛(wèi)星星體坐標系&<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>注意這些變換矩陣的轉置矩陣就是逆矩陣(綜上所述，本發(fā)明一種基于星地坐標轉換的星載SAR圖像地理編碼方法，其具體操作步驟如下步驟一依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，對相關信息副產品進行讀取，獲取所需的星歷參數(shù)，包括偏心率"半長軸"、升交點赤徑Q、近地點俯角、軌道傾角Z、波前斜距i，、信號釆樣率/、、脈沖重復頻率J^/、過近地點時刻r、光速c、格林威治時角//c;本步驟的實施條件在于需要提供SAR圖像相關信息的副產品，衛(wèi)星星歷參數(shù)都將包含在該副產品內，目前國際上標準SAR圖像數(shù)據都提供相關信息的副產品。步驟二依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，讀入星載SAR圖像數(shù)據，計算圖像每一列所對應的斜距大小，相關計算公式如下，其中，i」代表第j個距離門對應的斜距，A，代表第一個距離門對應的斜距，乂為采樣率，c為光速，j為距離門編號<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是波前斜距/，、采樣率乂.和SAR圖像大小。步驟三對星載SAR圖像中某一像素點(i，j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，對相關信息副產品進行讀取，獲取其對應的星上時間，計算該時刻下衛(wèi)星位置矢量在轉動地心坐標系下的坐標，相關計算公式如下，其中，(、、,々、,，、)代表衛(wèi)星位置矢量在轉動地心坐標系下的坐標，《，。分別代表了不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣和軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣，^代表真近心角，M代表平均真近心角，r代表極矢徑，"代表半長軸，//代表地球引力常數(shù)，r代表過近心點時刻，f代表星上時間，e代表偏心率:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是偏心率"半長軸"、升交點赤徑Q、近地點俯角w、軌道傾角/、脈沖重復頻率、過近地點時刻r、光速c、格林威治時角//6。步驟四對星載SAR圖像中某一像素點(i,j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，對相關信息副產品進行讀取，獲取其對應的星上時間、三軸姿態(tài)控制角(A，^,《)、偏心率e、半長軸"、升交點赤徑Q、近地點俯角w、軌道傾角/、脈沖重復頻率^/、過近地點時刻r、光速c、格林威治時角&，計算該時刻下衛(wèi)星天線相位中心位置矢量(&,XA)在轉動地心坐標系下的坐標(x併,;^，zj,相關計算公式如下，其中，(&，K,z。)代表衛(wèi)星天線相位中心在衛(wèi)星星體坐標系下的坐標，(x^尺w,^)代表衛(wèi)星天線相位中心在轉動地心坐標系下的坐標，《,、<v、4、々'分別代表不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣、軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星平臺坐標系到軌道坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星星體坐標系到衛(wèi)星平臺坐標系的轉換矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是偏心率e、半長軸"、升交點赤徑Q、近地點俯角w、軌道傾角/、脈沖重復頻率、過近地點時刻f、光速c、格林威治時角/^，同時還需要獲取衛(wèi)星天線相位中心坐標。步驟五對星載SAR圖像中某一像素點(i，j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，對相關信息副產品進行讀取，獲取其對應的星上時間、三軸姿態(tài)控制角(^,,《)、偏心率e、半長軸"、升交點赤徑Q、近地點俯角w、軌道傾角"脈沖重復頻率^/、過近地點時刻r、光速c、格林威治時角，計算該時刻下衛(wèi)星星體坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣4^,，相關計算公式如下，其中，^w代表由衛(wèi)星星體坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣，《。、4一4,、4。分別代表不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣、軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星平臺坐標系到軌道坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星星體坐標系到衛(wèi)星平臺坐標系的轉換矩陣足"=」,'".,^4""A。=V仏"2"U"32"33乂本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是偏心率e、半長軸"、升交點赤徑Q、近地點俯角w、軌道傾角/、過近地點時刻r、光速c、格林威治時角Z/e。步驟六對星載SAR圖像中某一像素點(i,j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，計算其對應的斜距，求解一元四次方程組，解出此時的雷達天線視角，相關計算公式如下，其中，i」代表第j個距離門對應的斜距，i，代表第一個距離門對應的斜距，,為采樣率，c為光速，j為距離門編號，^代表地球長半軸，^代表地球短半軸，^代表雷達天線視角,附，+w42)x4十2(/^m2+/w4m5)x3+(2^/773+/n22—m42+/w52)x2+2(m2;w3—/w4m5)x3+(附32—m52)=072如122+222+A:."322-"132-232_&'a332)m2=2.,(a12.6,+a22.62+&.a32.63)m3=7y2.(a132+a232+A:'a"2)+(6卩+622+632-^2)附<》25JC=COS6,本步驟的實施條件在于需要考慮邊界條件，避免求解值超出(0,;r/2)范圍<步驟七將求解出的雷達天線視角帶入星地坐標轉換矩陣，求解星載SAR圖像某一像素點(i,j)在轉動地心坐標系下的坐標，進而求出該像素點所對應的經緯度(八,O)，相關計箅公式如下，其中，《,、<v、4、4、4。分別代表不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣、軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星平臺坐標系到軌道坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星星體坐標系到衛(wèi)星平臺坐標系的轉換矩陣、天線坐標系到衛(wèi)星星體坐標系的轉換矩陣，i,代表第j個距離門對應的斜距，,&、,zft、)代表衛(wèi)星位置矢量在轉動地心坐標系下的坐標，,)代表天線指向點在轉動地心坐標系下的坐標:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是偏心率e、半長軸"、升交點赤徑Q、近地點俯角"、軌道傾角/、過近地點時刻r、光速c、格林威治時角Z/e。步驟八每完成一個像素點的地理編碼，計算i-M和j-N的值，其中M和N分別代表SAR圖像的行數(shù)和列數(shù)，判斷此時j-N是否小于O，如果小于0，則從步驟六進行重復操作；如果大等于O,則判斷此時i-M是否小于0，如果小于0，則轉入圖像下一行處理，從步驟2進行重復操作，否則星載SAR圖像編碼完成。本步驟的實施條件在于硬件設施所能開辟的內存大小不能小于SAR圖像大小。本發(fā)明一種基于星地坐標轉換的星載SAR圖像地理編碼方法的優(yōu)點在于(1)本方法能夠利用星地轉換關系，通過求解雷達天線視角進一步求解圖像像素所對應的經緯度，避免了直接求解所需的迭代運算，顯著提高了處理效率。(2)本方法能夠利用星地轉換關系，通過求解一元四次方程來得到精確的地理編碼結果，顯著提高了處理結果的精度。(3)本方法可避免迭代運算，因而避免了傳統(tǒng)方法中由于采用迭代運算而導致結果不收斂的缺陷。(4)本方法計算結果精度不受衛(wèi)星速度影響。傳統(tǒng)地理編碼方法中，衛(wèi)星速度是影響定位精度的最大因素，而采用本方法將不受衛(wèi)星速度誤差的影響，即當星歷參數(shù)不理想時，采用本方法所得到的地理編碼誤差將遠小于傳統(tǒng)方法的地理編碼誤差。(5)本方法計算效率不受初始迭代值影響。傳統(tǒng)地理編碼方法中，其編碼效率受初始迭代值影響，當初始迭代值選取不合適時，其編碼效率將很低，甚至出現(xiàn)結果不收斂、效率為0的狀況，而本方法可避免這種狀況，在任何初始條件下都具有更高的處理效率。(6)本方法對星載SAR圖像采用逐行處理方式進行圖像地理編碼，由于星載SAR圖像行與行之間的處理過程完全獨立，故可對星載SAR圖像進行分塊處理，進一步提高處理效率。圖1基于星地坐標轉換的星載SAR圖像地理編碼方法的流程圖圖2SAR圖像說明示意圖圖3計算衛(wèi)星位置矢量在轉動地心坐標系下坐標的流程圖圖4計箅衛(wèi)星天線相位中心位置矢量在轉動地心坐標系的流程圖圖5計算轉動地心坐標系到衛(wèi)星星體坐標系的轉換矩陣的流程圖圖6計算求解雷達天線視角的流程圖圖7仿真場景擺放示意圖圖中符號說明如下4。不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣^。v軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣Ar衛(wèi)星平臺坐標系到軌道坐標系的轉換矩陣Ae衛(wèi)星星體坐標系到衛(wèi)星平臺坐標系的轉換矩陣A。天線坐標系到衛(wèi)星星體坐標系的轉換矩陣及，波前距離，即第一個距離門所對應的斜距w,第j個距離門所對應的斜距^第1行SAR圖像數(shù)據對應的星上時間,,第i行SAR圖像數(shù)據對應的星上時間(&。,力,^)目標像素點在轉動地心坐標系下的坐標具體實施例方式見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，本發(fā)明一種基于星地坐標轉換的星載SAR圖像地理編碼方法，以一幅大小為2048x2048的SAR圖像為例，該方法具體步驟如下步驟一讀入衛(wèi)星星歷參數(shù)，包括偏心率e=0.003、半長軸a=7071140.0m、升交點赤徑Q-69.517572°、近地點俯角"=0.0°、軌道傾角!'=99.038314°、波前斜距^,=787796.306附、信號采樣率,.=75.0M他、脈沖重復頻率p/=2300.0/fe、過近地點時刻r--9,6465s、光速c二3.0e8w/"格林威治時角//G=O.Os。本步驟的實施條件在于需要提供SAR圖像相關信息的副產品，衛(wèi)星星歷參數(shù)都將包含在該副產品內，目前國際上標準SAR圖像數(shù)據都提供相關信息的副產品。步驟二讀入星載SAR圖像，計算圖像每一列所對應的斜距大小。星載SAR成像機制在距離向是一種距離分辨機制，其每一距離門(即星載SAR圖像每一列，如圖2所示)中的像素對應相同的斜距，即像素所代表的目標距天線相位中心具有相同的距離。星載SAR圖像第j列所代表的斜距可按下式進行計算，其中，/，代表第一個距離門所對應的斜距(即圖像的第一列)，其中，,=75,0MJ/z,imin=787796.306m，_2-乂本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是波前斜距i■=787796.306m、采樣率,=75.0MZ/z禾[JSAR圖像大小。步驟三對星載SAR圖像中某一像素點(i，j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，計算該時刻下衛(wèi)星位置矢量在轉動地心坐標系下的坐標，流程圖見圖3，以1=1024，j-1024為例，轉動地心坐標系下的坐標(、、，，、)求取方法如下式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>其中，M代表真近心角，M^(r-r)々(一3)，〃為引力常數(shù)，取3.986013e14。r=a'G—e2)/(l+e.cose)=7049927.6994m(4)本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是偏心率e-0.003、半長軸fl二7071140.0m、升交點赤徑0=69.517572°、近地點俯角"=0.0°、軌道傾角/=99.038314°、波前斜距i,-787796.306m、信號采樣率乂.=75.0M/fe、脈沖重復頻率=2300.0//z、過近地點時刻r--9.6465s、光速c^3.0e8w/"格林威治時角/^;=0.0"步驟四對星載SAR圖像中某一像素點(i，j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，計算該時刻下衛(wèi)星天線相位中心在轉動地心坐標系下的坐標，流程圖見圖4。首先讀取衛(wèi)星天線相位中心在衛(wèi)星星體坐標系下的坐標(xt,,k,^)及三軸姿態(tài)控制角(《.，，《)，一般情況下，該坐標取(O,O,O)，并利用坐標轉換矩陣4、之、4、4將其轉換到轉動地心坐標系下的坐標(~,;^，、)，以1=1024，)=1024為例，則(^,凡,^)=(0.0,0.0，0.0)，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(5)本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是偏心率e-0.003、半長軸a=7071140.0m、升交點赤徑Q=69.517572°、近地點俯角《=0.0°、軌道傾角!'=99.038314°、波前斜距/畫=787796.306w、信號采樣率/、.=75.0M//Z、脈沖重復頻率jw/=2300.0//z、過近地點時刻r--9.6465s、光速c二3.0e8m/"格林威治時角/^-0.(Xy，同時還需要獲取衛(wèi)星天線相位中心坐標(^^4)=(0.0,0.0,0.0)及三軸姿態(tài)控制角^,^,《)=(3.79°,0.0°，0.0°)。步驟五對星載SAR圖像中某一像素點(i,j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，計算該時刻下衛(wèi)星星體坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣，流程圖見圖5，以i=1024，=1024為例，為了便于表示，將衛(wèi)星星體坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣用4e表示，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(6)本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是偏心率e0.003、半長軸"=7071140.0m、升交點赤徑Q=69.517572°、近地點俯角"=0.0。、軌道傾角"99.038314°、波前斜距i,=787796.306^1、信號采樣率乂=75.0M歷、脈沖重復頻率jw/=2300.07/z、過近地點時刻7=-9.6465s、光速c=3.0e8w〃、格林威治時角//(;=0.0"步驟六對星載SAR圖像中某一像素點(i,j),其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，根據公式1計算其對應的斜距，求解一元四次方程組，解出此時的雷達天線視角，流程圖見圖6，以i-1024，j-1024為例，在轉動地球坐標系下，衛(wèi)星位置矢量、天線相位中心位置矢量、目標到天線相位中心的距離矢量、目標點矢量形成了閉合的四邊形，故其矢量和為0，故有，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(7)其中，對于SAR圖像每一行而言，后兩項為固定值，為了便于分析，作如下進一步化簡，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(8)其中，《即為雷達天線視角，(x^^。,^,)為目標點在轉動地心坐標系下的坐標。由于(。,斗，~。)為轉動地心坐標系下的坐標，故其滿足地球橢球方程，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(9)」、萬分別代表了地球的長、短半軸，分別取^=6378140.0mS=6356755.0m，將^g。,^。,z伊)用《表示，并代入表達式(8)，則可化簡為關于cos^的一元四次方程，其中，(mj+m42)x4十2(mm2+m4m5)x3+(2/^/^+m22—m42+m52)x2,、(10)附,=7,2.(a122+a222+A:■"322—a132—q232—A:'a332)m4=27—/.("12"13+"22"23+A."32a33)=2.7,("13W2+"3363)j、，附5■X=cos《L則問題最終轉換為求解一元四次方程，其求解過程可參考各種數(shù)學手冊即可，最終解出A=30.0°。本步驟的實施條件在于需要考慮邊界條件，避免求解值超出(0，;r/2)范圍。步驟七將求解出的雷達天線視角帶入星地坐標轉換矩陣，求解星載SAR圖像某一像素點(i,j)在轉動地心坐標系下的坐標。此時由于cos&和sin《已經求出，將其代入公式(7)即可求解出(xg。,;v^)，則其對應的經度為A=atan&=73.071556°(11)、'緯度為C>=atango。+力。+zs。乂=0.205607°(12)本步驟的實施條件在于獲取相關SAR圖像信息，尤其是偏心率6=0.003、半長軸fl=7071140.0m、升交點赤徑Q=69.517572°、近地點俯角^;=0.0°、軌道傾角,'=99.038314°、波前斜距imin=787796.306m、信號采樣率/、.=75.0M他、脈沖重復頻率=、過近地點時刻7=-9.6465s、光速c=3.0e8w/s、格林威治時角/^-0.0s。步驟八判斷此時j是否小于圖像列數(shù)，如果小于圖像列數(shù)，則從步驟六進行重復操作；如果大于圖像列數(shù)，則判斷此時i是否小于圖像行數(shù)，如果小于圖像行數(shù)，則轉入圖像下一行處理，從步驟二進行重復操作，否則星載SAR圖像編碼完成。本步驟的實施條件在于硬件設施所能開辟的內存大小不能小于SAR圖像大小。為了說明該方法的有效性，進行如下仿真試驗，仿真參數(shù)如表l。點陣擺放如圖7所示，在地球表面擺放3x3的點陣共9個點，每一個點所代表的經煒度如表2:表1仿真參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>表5兩種地理編碼方法對比結果<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>從表3中可以看出，用基于星地坐標轉換的方法對目標進行地理編碼，其結果可以精確到小數(shù)點第6位，具有非常高的精度；從表4中可以看出，每一個點的地理編碼誤差不超過0.4m，也驗證本方法的精確性；從表5中可以看出，對一個2048x2048的SAR圖像進行地理編碼，達到同樣數(shù)量極的地理編碼精度，基于R-D模型的地理編碼方法消耗的時間約為基于星地坐標轉換的地理編碼方法的67倍，且SAR圖像越大，兩種方法消耗的時間之比也將越來越大，這也驗證了本方法的快速性。權利要求1、一種基于星地坐標轉換的星載SAR圖像地理編碼方法，其特征在于，它包括如下步驟步驟一依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，對相關信息副產品進行讀取，獲取所需的星歷參數(shù)，包括偏心率e、半長軸a、升交點赤徑Ω、近地點俯角ω、軌道傾角i、波前斜距R_min、信號采樣率fs、脈沖重復頻率prf、過近地點時刻τ、光速c、格林威治時角HG；步驟二依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，讀入星載SAR圖像數(shù)據，計算圖像每一列所對應的斜距大小，相關計算公式如下，其中，R_j代表第j個距離門對應的斜距，R_min代表第一個距離門對應的斜距，fs為采樣率，c為光速，j為距離門編號步驟三對星載SAR圖像中某一像素點(i，j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，對相關信息副產品進行讀取，獲取其對應的星上時間，計算該時刻下衛(wèi)星位置矢量在轉動地心坐標系下的坐標，相關計算公式如下，其中，(xgs，ygs，zgs)代表衛(wèi)星位置矢量在轉動地心坐標系下的坐標，Ago·Aov分別代表了不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣和軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣，θ代表真近心角，M代表平均真近心角，r代表極矢徑，a代表半長軸，μ代表地球引力常數(shù)，τ代表過近心點時刻，t代表星上時間，e代表偏心率r＝a·(1-e2)/(1+e·cosθ)步驟四對星載SAR圖像中某一像素點(i，j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，對相關信息副產品進行讀取，獲取其對應的星上時間、三軸姿態(tài)控制角(θy，θp，θr)、偏心率e、半長軸a、升交點赤徑Ω、近地點俯角ω、軌道傾角i、脈沖重復頻率prf、過近地點時刻τ、光速c、格林威治時角HG，計算該時刻下衛(wèi)星天線相位中心位置矢量(xe，ye，ze)在轉動地心坐標系下的坐標(xge，yge，zge)，相關計算公式如下，其中，(xe，ye，ze)代表衛(wèi)星天線相位中心在衛(wèi)星星體坐標系下的坐標，(xge，yge，zge)代表衛(wèi)星天線相位中心在轉動地心坐標系下的坐標，Ago、Aov、Avr、Are分別代表不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣、軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星平臺坐標系到軌道坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星星體坐標系到衛(wèi)星平臺坐標系的轉換矩陣步驟五對星載SAR圖像中某一像素點(i，j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，依照星載SAR圖像數(shù)據產品說明書，對相關信息副產品進行讀取，獲取其對應的星上時間、三軸姿態(tài)控制角(θy，θp，θr)、偏心率e、半長軸a、升交點赤徑Ω、近地點俯角ω、軌道傾角i、脈沖重復頻率prf、過近地點時刻τ、光速c、格林威治時角HG，計算該時刻下衛(wèi)星星體坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣Age，相關計算公式如下，其中，Age代表由衛(wèi)星星體坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣，Ago、Aov、Avr、Are分別代表不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣、軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星平臺坐標系到軌道坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星星體坐標系到衛(wèi)星平臺坐標系的轉換矩陣步驟六對星載SAR圖像中某一像素點(i，j)，其中i為行數(shù)、j為列數(shù)，計算其對應的斜距，求解一元四次方程組，解出此時的雷達天線視角，相關計算公式如下，其中，R_j代表第j個距離門對應的斜距，R_min代表第一個距離門對應的斜距，fs為采樣率，c為光速，j為距離門編號，A代表地球長半軸，B代表地球短半軸，θL代表雷達天線視角m2＝2·R_j·(a12·b1+a22·b2+k·a32·b3)m5＝2·R_j·(a13b1+a23b2+k·a33b3)x＝cosθL步驟七將求解出的雷達天線視角帶入星地坐標轉換矩陣，求解星載SAR圖像某一像素點(i，j)在轉動地心坐標系下的坐標，進而求出該像素點所對應的經緯度(Λ，Φ)，相關計算公式如下，其中，Ago、Aov、Avr、Are、Aea分別代表不轉動地心坐標系到轉動地心坐標系的轉換矩陣、軌道坐標系到不轉動地心坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星平臺坐標系到軌道坐標系的轉換矩陣、衛(wèi)星星體坐標系到衛(wèi)星平臺坐標系的轉換矩陣、天線坐標系到衛(wèi)星星體坐標系的轉換矩陣，R_j代表第j個距離門對應的斜距，(xgs，ygs，zgs)代表衛(wèi)星位置矢量在轉動地心坐標系下的坐標，(xgo，ygo，zgo)代表天線指向點在轉動地心坐標系下的坐標步驟八每完成一個像素點的地理編碼，計算i-M和j-N的值，其中M和N分別代表SAR圖像的行數(shù)和列數(shù)，判斷此時j-N是否小于0，如果小于0，則從步驟六進行重復操作；如果大等于0，則判斷此時i-M是否小于0，如果小于0，則轉入圖像下一行處理，從步驟2進行重復操作，否則星載SAR圖像編碼完成。全文摘要本發(fā)明提出了一種基于星地坐標轉換的星載SAR圖像地理編碼方法，它是利用星地坐標之間的6個坐標系關系，巧妙的借用觀測視角這一中間變量，在不需要迭代運算的前提下完成對星載SAR圖像的高精度快速地理編碼。傳統(tǒng)的星載SAR圖像地理編碼方法大多需要進行迭代運算，處理效率低，在計算中是采用近似處理，影響定位精度，特別是衛(wèi)星速度誤差，它是影響傳統(tǒng)星載SAR圖像地理編碼結果精度的最大因素，而本方法卻不受衛(wèi)星速度誤差的影響，在星歷參數(shù)非理想時，本方法的定位精度遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)定位的方法，因而更適合于實際工程應用。本方法是一種全新的星載SAR圖像定位方法，對實現(xiàn)星載SAR圖像快速高精度地理編碼具有重要意義。文檔編號G01S7/295GK101414003SQ200810226999公開日2009年4月22日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權日2008年11月28日發(fā)明者周蔭清,李春升,威楊,王鵬波,杰陳申請人:北京航空航天大學