当前课程知识点:遥感数字图像处理理论与方法 > 第四章 遥感图像几何纠正 > 第二讲 > 4.2.7 SAR图像几何纠正
我们来看看SAR图像的构像模型
及其几何纠正
用于成像的侧视雷达
有真实孔径雷达(RAR)
和合成孔径雷达(SAR)两种
也就是我们讲的SAR
由于真实孔径雷达的分辨率较低
很少作为成像雷达使用
现在的侧视雷达多指探测方向
距离向和飞行方向垂直的合成孔径雷达
SAR是主动式传感器
其距离向的图像坐标
取决于雷达信号
往返于
天线和相应地物目标点之间的传播时间
即天线至地物目标点之间的距离
所以从投影方式分类
可以将其归入多中心斜距投影
常见的SAR构像模型有哪些呢
SAR图像主要有两大类构像模型
一类是
等效共线方程模型
另一类是
距离-多普勒模型
前者
如Konecny平距投影模型
后者如Leberl.F模型
我们来看看等效共线方程模型
可以和线阵推扫式
传感器的成像方式一样进行考虑
设置传感器飞行方向为x
在瞬时位置x=0
可按照中心投影方式
建立成像方程式
实际上是假定一个等效平面
将SAR脉冲信号投影到这个等效平面上
这个方程
确定距离向坐标和地面坐标之间的关系
方位向的坐标可以通过
飞行时间t来确定
二者联立起来
可以形成SAR构像模型
瞬时位置等效
中心投影构像方程
可以用公式表示出来
在公式中
将距离向的坐标按照等效方式
表示为dr yr
和f三者之间的函数
大家从图上看
oy’为等效中心投影成像坐标轴
f 为等效焦距
θ为脉冲与铅垂线之间的夹角
yr为雷达图像上实际可以测量的坐标
dr为扫描延迟
是一个和仪器相关的常数
等效共线方程构像模型
考虑了雷达成像的斜距投影方式
与等效中心投影的关系
另外
还有基于成像矢量关系的构像方程
和基于多普勒频率方程的
构像方程
本小节概称为距离
多普勒构像模型
有时简写为R-D模型
距离条件方程和多普勒条件方程
主要考虑了两个方面的关系
第一个是
雷达波束扫描平面
与飞行速度矢量的垂直关系
第二个考虑
雷达波束中
指向地物的矢量之模
与影像坐标系统中
相应地坐标比例关系
我们首先来看距离关系
从图上可以看出
距离关系是可以用一个等式表示出来的
距离Rp可表示为
扫描延迟dr
和斜距图像坐标yr之和的λ倍
其中
在这里面的λ是
为雷达图像比例尺的分母
我们接着来看多普勒条件
雷达波束中指向地物的矢量
和速度矢量垂直
因此
可以建立基于距离条件
和多普勒条件的SAR图像的构像方程
形式是这样的
在这个方程中
x y 和 z 方向的速度
以及遥感器的位置信息是需要的
只要知道这些参数
即可完成
图像坐标和地图坐标之间的转换
可以看出
R-D模型不需要地面控制点
即可完成SAR图像的地理定位
我们再看看使用距离条件
和多普勒频率方程的R-D模型
使用距离条件
和多普勒条件建立起来的构像方程
对于机载雷达是比较适合的
因为飞机的飞行高度
相对于卫星要低得多
可以认为
雷达波束与飞行方向是垂直的
飞机与目标的相对运动
所造成的多普勒频移为零
但是
对于卫星雷达遥感来说
由于地球自转的影响
雷达波束与目标之间的
相对运动就不可忽视了
针对这种情况
基于多普勒频率方程的
构像模型被提出来了
它不仅采用了严密的
距离方程和多普勒方程
而且是建立在地球椭球模型之上
该模型由地球形状模型
SAR距离方程以及SAR多普勒方程
共同构成
已经成为
目前所有成功发射卫星SAR的
标准定位模型
首先
针对地心坐标系
地球形状模型
可用椭圆函数表达
在这个公式中
A B分别是椭球长短轴的长度
其次
SAR的距离方程
和上面一样
也可以表示为
一个关系式
在这个关系式当中
R是天线和地物目标点之间的距离
再次
SAR多普勒频移方程可用公式表示出来
在公式当中
fD为该点对应的多普勒中心频率
可以看出
距离公式
多普勒频移公式
和地球模型
共同组成了一个完备系统
以求解地面点的三维坐标
R-D模型应用于SAR图像几何纠正
具有什么特点呢
首先
不需要在星载SAR的试场中
使用位置确知的参考点
我们可以依靠图像本身的辅助信息
即可完成几何定位
其次
这个构象方程
与卫星的姿态
比如
翻滚
俯仰
偏航
都没有关系
避免了准确性较差的姿态
带来的定位误差
再次
模型精度主要是取决于星历数据的精度
随着技术的提高
星历数据的精度会提升
其定位精度肯定也会提高
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