CN114325709A - 多角度星载sar成像方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种多角度星载SAR成像方法,包括:获取多角度回波数据;对多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像;其中,成像操作包括:根据多角度回波数据获取目标场景的孔径图像;将孔径图像投影到BLH三维坐标系;得到孔径图像在BLH三维坐标系中各像素点的坐标值;将孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值;根据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景成像。本公开还提供一种多角度星载SAR成像装置、设备及介质。
Description
技术领域
本公开涉及SAR技术领域,尤其涉及一种多角度星载SAR成像方法、装置、设备及介质。
背景技术
合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率成像雷达,可以提供全天时、全天候的观测。星载SAR宽角成像是利用角度维的信息获取对地观测数据进行成像处理。星载SAR能够获取丰富的对地观测数据来进行处理,所以对成像处理手段要求也越来越高。因此对于星载SAR宽带成像进行分析与研究,对于大范围区域地形地貌分析有重要意义。
星载SAR宽角成像是与角度维信息有关,可以获得目标区域的不同观测角度下的回波信息。目前在星载SAR宽角成像可以采用后向投影(BP)成像算法,即建立一定的直角坐标系形成雷达与区域之间的对应关系,在成像过程中采用估计的数字高程模型(DEM)进行计算,往往只能实现二维非正射成像,成像的结果与实际目标直接存在偏差;另外,星载SAR宽角成像也可以采用时域成像算法,然而,时域算法也只能实现二维正射投影,同样不能表现出目标场景的真实信息,达不到实际目标区域的成像要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术问题,本公开提出一种多角度星载SAR成像方法、装置、设备及介质,用于至少部分解决上述技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的第一方面,提供一种多角度星载SAR成像方法,包括:
获取多角度回波数据;对多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像;其中,成像操作包括:根据多角度回波数据获取目标场景的孔径图像;将孔径图像投影到BLH三维坐标系; 得到孔径图像在BLH三维坐标系中各像素点的坐标值;将孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值;根据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景成像。
可选的,将孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值包括,通过以下公式:
进行转换,其中,B、L、H为孔径图像中像素点在BLH三维坐标系中的坐标值,B0、L0为BLH三维坐标系的参考点,e2为大地坐标系对应椭球第一偏心率;n为该点的卯酉圈曲率半径。
可选的,根据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景成像包括:
利用后向投影算法依据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景进行成像。
可选的,利用后向投影算法依据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景进行成像包括:获取XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点距离向脉冲压缩后的回波信号;获取SAR中心频率;获取XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点到SAR的距离;获取回波信号的传播速度;根据XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点距离向脉冲压缩后的回波信号、SAR中心频率、XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点到SAR的距离、回波信号的传播速度计算成像图像中各像素点的像素值。
可选的,计算成像图像中各像素点的像素值包括:根据公式:
可选的,方法还包括:将多角度回波数据划分成m组角度相等的子回波数据,其中,m为正整数;对每一子回波数据执行成像操作,得到每一子回波数据对应的成像子图像;对每一子回波数据对应的成像子图像进行融合,得到成像图像。
本公开的第二方面提供一种多角度星载SAR成像装置,其特征在于,装置包括,装置包括:获取模块, 用于获取多角度回波数据;执行模块, 用于对多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像;其中,成像操作包括:根据多角度回波数据获取目标场景的孔径图像;将孔径图像投影到BLH三维坐标系; 得到孔径图像在BLH三维坐标系中各像素点的坐标值;将孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值;根据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景成像。
本公开的第三方面提供一种电子设备,包括:一个或多个处理器;存储器,用于存储一个或多个程序,其中,当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时,使得一个或多个处理器实现如上的方法。
本公开的第四方面提供一种计算机可读存储介质,存储有计算机可执行指令,指令在被执行时用于实现如上的方法。
(三)有益效果
本公开提供的目标场景多角度星载SAR成像方法,基于波动变化的数字高程模型结合经纬度信息建立目标场景区域的三维坐标系,并将建立的坐标系与直角坐标系对应进行转换,与常规的BP算法结合,完成目标场景区域的投影成像,通过引入数据波动变化的高程数据模型,在星载SAR成像过程中可以实现三维正射成像,真实反应目标场景的信息。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开一实施例多角度星载SAR成像方法的流程图;
图2示意性示出了根据本公开一实施例对多角度回波数据执行成像操作的流程图;
图3示意性示出了根据本公开一实施例利用BP算法对目标场景进行成像的流程图;
图4示意性示出了根据本公开一实施例多角度星载SAR成像装置的框图;
图5示意性示出了根据本公开一实施例执行模块的框图;
图6示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。
具体实施方式
为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本公开进一步详细说明。显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本公开的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例,而并非意在限制本公开;术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”“右”、等指示方位或位置关系的词语为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位,以特定的方位构造和操作,不能理解为对本申请的限制;在此使用的术语“包含”“包括”等表明了所述特征、步骤、操作和/或的存在,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
针对现有技术的不足,本公开一方面设计了一种多角度星载SAR成像方法,如图1所示,包括:S1,获取多角度回波数据;S2,对多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像;其中,如图2所示,S2成像操作包括:S201, 根据多角度回波数据获取目标场景的孔径图像;S202,将孔径图像投影到BLH三维坐标系; 得到孔径图像在BLH三维坐标系中各像素点的坐标值;S203,将孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值;S204,根据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景成像。
图1示意性示出了根据本公开一实施例多角度星载SAR成像方法的流程图。
如图1所示,该多角度星载SAR成像方法例如可以包括步骤S1-S2。
在操作S1,获取多角度回波数据。
多角度SAR中雷达预设在雷达平台上,通过雷达平台的运动对目标场景进行观测。雷达接收到的雷达回波数据是一组来自目标区域的反射信号,回波数据中蕴含了目标位置、目标内容、反射特性等场景信息。
在操作S2,对多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像。
对获取的回波数据进行成像操作,得到目标场景区域的成像结果图;成像结果中例如可以包含目标的地理位置、高程数据等信息。
图2示意性示出了根据本公开一实施例对多角度回波数据执行成像操作的流程图。
如图2所示,该成像操作例如可以包括步骤S201-204。
在操作S201, 根据多角度回波数据获取目标场景的孔径图像。
在本公开一实施例中,根据步骤S1获得的多角度回波数据,获取目标场景中的孔径图像,其中,合成孔径图像包含若干个像素点,具体像素点的数量可以根据实际情况确定,也即,相当于将目标区域的孔径图像进行块划分,每一个块代表一个像素点。
在操作S202, 将孔径图像投影到BLH三维坐标系; 得到孔径图像在BLH三维坐标系中各像素点的坐标值。
将步骤S201中获得的孔径图像投影到BLH三维坐标系中,在将获得的孔径图像投影到BLH三维坐标系之前,需要建立一个BLH三维坐标系,例如,可以根据目标区域的经纬度及高程数据建立对应的BLH三维坐标系,其中B代表目标场景区域的维度数据,L代表目标场景区域的经度数据,H代表目标场景区域的高程数据,高程数据指目标场景中某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离。在确定BLH三维坐标系中各数据的含义后,选择BLH三维坐标系的坐标系参考点,BLH三维坐标系的参考点B0、L0 、H0可以根据实际需要自由选定,一般将目标场景中某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离为0作为H0,也即可以认为在本BLH三维坐标系中,H0等于0。
在建立一个BLH三维坐标系后,将获得的孔径图像投影到BLH三维坐标系中,得到孔径图像中每个像素点在BLH三维坐标系中的坐标值,其中,每个像素点在BLH三维坐标系中的坐标值不同。例如,由于地球上的目标区域是在附着在地球表面的,地球表面不同位置的经纬度并不相同;另外,地球上的目标区域可能有高山,也有可能存在山谷,在BLH三维坐标系中,高山与山谷蕴含的高程数据H也不相同,孔径图像中的每个像素点在BLH三维坐标系中的H坐标值能实际反应目标区域该点的实际高程数据。由于实际目标区域在不同位置的高程是变化的,因此,在BLH三维坐标系中,不同像素点的坐标值H也是变化的。其中,获取的高程数据可以是以tif格式文件存储的,具体格式可以根据高程信息最终转换格式及程序读取形式具体确定。
在操作S203,将孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值。
在本公开一实施例中,构建目标区域的成像坐标系,成像坐标系可以为XYZ直角坐标系,可以通过公式:
将孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值,其中,B、L、H为孔径图像中像素点在BLH三维坐标系中的坐标值,B0、L0为BLH三维坐标系的参考点,e2为大地坐标系对应椭球第一偏心率;n为该点的卯酉圈曲率半径;BLH三维坐标系中转换到XYZ三维坐标系是在是在WGS84坐标***下进行转换的。
在操作S204,根据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景成像。
在本公开一实施例中,通过对孔径图像中各像素点在XYZ坐标系的坐标值进行运算,得到目标场景的成像结果图,例如,可以通过常规的后向投影(BP)算法进行。其中,后向投影算法最初是McCorkle受计算机层析技术的启发推导而来,BP算法的原理:BP算法参考了“时延-叠加”的思想,在雷达应用中,其对雷达接收天线接收到的回波信号进行距离向匹配率,获取回波数据中包含的相幅信息,再通过IFFT进行逆傅里叶变换,获取收发天线组合的时延,最后累积信号相干相加得到目标函数。可对任意成像集合构型下的雷达回波数据进行目标重建,不受雷达天线阵列形式的限制。
图3示意性示出了根据本公开一实施例利用BP算法对目标场景进行成像的流程图。
如图3所示,该利用BP算法对目标场景进行成像过程例如可以包括步骤S2041-2045。
在操作S2041,获取XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点距离向脉冲压缩后的回波信号;
在操作S2042,获取SAR中心频率;其中,SAR可以预设在雷达平台上,雷达平台相对于目标场景中尺寸较小,因此,也可看作是获取SAR平台中心频率。
在操作S2043,获取XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点到SAR的距离,同样,也可以看作是获取XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点到SAR平台的距离。
在操作S2044,获取回波信号的传播速度。
获取回波信号的传播速度,例如,可以认为雷达信号在真空中的传播速度等于光信号在真空中的传播速度,为 3*10^8m/s。
在操作步骤S2045,根据步骤S2041-S2044获取的回波信号、SAR中心频率、各像素点到SAR平台的距离、回波信号的传播速度计算成像图像中各像素点的像素值。
在本公开一实施例中,例如可以通过公式:
在本公开一实施例中,多角度星载SAR成像方法还可以包括:
在步骤S1获取多角度回波数据后,将多角度回波数据划分为成多组角度相等的子回波数据。
对每一子回波数据执行成像操作,得到每一子回波数据对应的成像子图像。
对每一个子回波数据进行成像操作,得到每一子回波数据对应的成像子图像的具体操作步骤与上述对多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像的步骤类似,此处不在赘述。
对每一子回波数据对应的成像子图像进行融合,得到成像图像。
为了更清楚说明本公开将多角度回波数据划分为成多组角度相等的子回波数据进行成像的技术方案,以下通过示意性的具体实施例来描述。
假设SAR对目标场景的照射范围角度为a°,将a°范围内得到的总的回波数据以子孔径为单位按等角度原则划分为m组,得到m组子回波数据,其中,m为正整数,根据子回波数据获取目标场景中的子孔径图像,得到m张子孔径图像,其中,子孔径图像与子孔径为单位,每张子孔径图像都包含有目标区域所有的信息,只是SAR对目标区域照射的角度不同。
例如,合成孔径雷达对目标区域的照射范围为30°,雷达以1°为递增对目标进行全景照射,假设雷达子孔径第一次照射时照射角度为1°,得到第一组回波数据,针对第一组回波数据可以得到第一张子孔径图像,第一张子孔径图像包括目标区域的所有像素点;雷达子孔径第二次照射时照射角度为2°,得到第二组回波数据,针对第二组回波数据可以得到第二张子孔径图像,第二张子孔径图像同样包括目标区域的所有像素点;以此类推,当雷达子孔径第30次照射时,照射角度为30°,得到第30组回波数据,针对第30组回波数据可以得到第30张子孔径图像,第30张子孔径图像同样包括目标区域的所有像素点。也就是说,最终得到30张子孔径图像,其中,每张子孔径图像均包含目标区域所有的像素点,每张子孔径图像只是SAR对目标区域照射的角度不同。
对30张子孔径图像上的各像素点分别执行上述成像操作,得到30张成像子图像,在将得到的30张成像子图像进行融合,得到最终的成像图像。例如,可以将上述30张成像子图像进行相干叠加,得到最终的成像图像。
图4示意性示出了根据本公开一实施例多角度星载SAR成像装置的框图。
如图4所示,多角度星载SAR成像装置400例如可以包括获取模块401、执行模块402。
获取模块401,用于获取多角度回波数据。
执行模块402, 用于对多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像。
图5示意性示出了根据本公开一实施例执行模块的框图。
如图5所示,例执行模块402例如可以包括获取单元4021、确定单元4022、转换单元4023、成像单元4024。
获取单元4021,用于根据多角度回波数据获取目标场景的孔径图像;
确定单元4022,用于将孔径图像投影到BLH三维坐标系; 得到孔径图像在BLH三维坐标系中各像素点的坐标值;
转换单元4023, 用于将孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值;
成像单元4024,用于根据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对目标场景成像。
需要说明的是,本公开的实施例中多角度星载SAR成像装置部分与本公开的实施例中多角度星载SAR成像方法部分是相对应的,其具体实施细节也是相同的,在此不再赘述。
根据本公开的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。
图6示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的框图。图6示出的电子设备仅仅是一个示例,不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示,根据本公开实施例的电子设备600包括处理器601,其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器601例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如,专用集成电路(ASIC)),等等。处理器601还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器601可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM 603中,存储有电子设备600操作所需的各种程序和数据。处理器 601、ROM602以及RAM603通过总线604彼此相连。处理器601通过执行ROM 602和/或RAM603中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意,所述程序也可以存储在除ROM602和RAM 603以外的一个或多个存储器中。处理器601也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。
根据本公开的实施例,电子设备600还可以包括输入/输出(I/O)接口605,输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。电子设备600还可以包括连接至I/O接口605的以下部件中的一项或多项:包括键盘、鼠标等的输入部分606;包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607;包括硬盘等的存储部分608;以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611,诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等,根据需要安装在驱动器610上,以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。
根据本公开的实施例,根据本公开实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如,本公开的实施例包括一种计算机程序产品,其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序,该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中,该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装,和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被处理器601执行时,执行本公开实施例的***中限定的上述功能。根据本公开的实施例,上文描述的***、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
本领域技术人员可以理解,本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合,即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地,在不脱离本公开精神和教导的情况下,本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开,但是本领域技术人员应该理解,在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下,可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此,本公开的范围不应该限于上述实施例,而是应该不仅由所附权利要求来进行确定,还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (10)
1.一种多角度星载SAR成像方法,包括:
获取多角度回波数据;
对所述多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像;其中,所述成像操作包括:
根据所述多角度回波数据获取目标场景的孔径图像;
将所述孔径图像投影到BLH三维坐标系; 得到所述孔径图像在BLH三维坐标系中各像素点的坐标值;
将所述孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到所述孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值;
根据所述孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对所述目标场景成像。
3.根据权利要求1所述的多角度星载SAR成像方法,其中,所述根据所述孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对所述目标场景成像包括:
利用后向投影算法依据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对所述目标场景进行成像。
4.根据权利要求3所述的多角度星载SAR成像方法,其中,所述利用后向投影算法依据孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对所述目标场景进行成像包括:
获取所述XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点距离向脉冲压缩后的回波信号;
获取所述SAR中心频率;
获取所述XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点到SAR的距离;
获取所述回波信号的传播速度;
根据所述XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点距离向脉冲压缩后的回波信号、SAR中心频率、XYZ三维坐标系中孔径图像各像素点到SAR的距离、回波信号的传播速度计算成像图像中各像素点的像素值。
7.根据权利要求1所述的多角度星载SAR成像方法,其中,所述方法还包括:
将所述多角度回波数据划分成m组角度相等的子回波数据,其中,m为正整数;
对每一子回波数据执行所述成像操作,得到每一子回波数据对应的成像子图像;
对每一子回波数据对应的成像子图像进行融合,得到所述成像图像。
8.一种多角度星载SAR成像装置,其特征在于,所述装置包括:
获取模块, 用于获取多角度回波数据;
执行模块, 用于对所述多角度回波数据执行成像操作,得到成像图像;其中,所述成像操作包括:
根据所述多角度回波数据获取目标场景的孔径图像;
将所述孔径图像投影到BLH三维坐标系; 得到所述孔径图像在BLH三维坐标系中各像素点的坐标值;
将所述孔径图像中各像素点在BLH三维坐标系中的坐标值转换到XYZ三维坐标系中,得到所述孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系中的坐标值;
根据所述孔径图像中各像素点在XYZ三维坐标系的坐标值对所述目标场景成像。
9.一种电子设备,包括:
一个或多个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序,
其中,当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器实现权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,存储有计算机可执行指令,所述指令在被执行时用于实现权利要求1至7中任一项所述的方法。
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