一种重复轨道星载自然场景SAR复图像数据快速仿真方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105677942A(43)申请公布日2016.06.15(21)申请号201510997982.0(22)申请日2015.12.27(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人徐华平单乐(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明卢纪(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图4页(54)发明名称一种重复轨道星载自然场景SAR复图像数据快速仿真方法(57)摘要本发明公开了一种重复轨道星载自然场景SAR复图像数据快速仿真方法，该方法模拟SAR卫星运行轨道，根据星载SAR卫星成像原理和SAR卫星单视复图像信号模型对地面场景进行仿真，直接得到多幅重复轨道SAR复图像数据。采用一种快速方法迭代计算卫星零多普勒成像位置来获取斜距信息，利用简化散射模型计算后向散射系数，提出一种简化的重复轨道模型来产生可控基线长度的任意多幅SAR复图像数据。本发明克服了传统回波仿真方法速度慢的缺点，而且还可以为干涉处理提供先验信息以辅助处理或评估处理结果。CN105677942ACN105677942A权利要求书1/4页1.一种重复轨道星载自然场景SAR复图像数据快速仿真方法，其特征在于，包含以下步骤：第一步、根据轨道参数确定成像轨道中心点和地面场景中心点坐标；第二步、读入地面自然场景DEM(DigitalElevationModel)，以地面中心点为中心按经纬度方向等间隔布设场景地面点，根据雷达RD方程，采用一种快速方法迭代计算每个场景点对应的零多普勒成像卫星位置、卫星与地面场景点相对速度、斜距矢量；第三步、SAR图像复数据仿真；根据星载SAR卫星成像原理，根据每个场景点的斜距矢量和地面场景每个小面元的法向量得出电磁波入射角，进而由后向散射系数和电磁波入射角的经验模型计算出每个场景点的后向散射系数，对每个场景点，由斜距长度和成像时间结合SAR卫星方位向分辨和距离向分辨率确定每个场景点在图像上的像素位置，再将该点的后向散射系数开方后叠加上随机相位和斜距相位得到复数据，对同一像素位置的场景点的复数据相加，再相继与距离和方位向脉冲压缩结果进行卷积得到SAR复图像数据；第四步、仿真基线长度可控的重复轨道SAR图像复数据；以SAR卫星中心斜距单位方向矢量作为水平基线方向，根据中心位置速度方向和斜距方向作向量叉乘得到垂直基线方向，水平基线和垂直基线的矢量和作为基线矢量，控制卫星成像轨道区域进行相应偏移，对原地面场景或者加上形变场后的地面场景重复第二、三步，生成具有一定基线的重复轨道星载SAR复图像数据。2.根据权利要求1所述的一种重复轨道星载自然场景SAR复图像数据快速仿真方法，其特征在于：第二步中计算每个场景点对应的零多普勒成像卫星位置、卫星与地面场景点相对速度、斜距矢量采用以下方法：2.1读取.dat格式的自然场景DEM文件，读入的场景DEM需要预先进行过插值，每个DEM点之间的间隔需保证每个分辨单元内至少有4个点，将读入的DEM数据按照网格间隔大小沿经维度方向布设，即DEM同一行的数据在同一纬度，DEM中同一列的数据在同一经度，并按照以下公式将每个点的经度lon、纬度lat、高程h转化为转动地心坐标系中(xt,yt,zt)坐标，其中Ea＝6378137.0为地球半长轴，e2＝0.00669438003551279091为地球第一曲率半径的平方：2.2以第一步得到的卫星成像中心时刻为中心，以重复频率的倒数1/Prf为一个间隔时间，左右延伸计算Ns个卫星位置，计算方法为：轨道开始时间Tmin为：Tmin＝Tcenter-(Ns-1)/2/Prf(2)第N个卫星位置对应的平均近心角M为：M＝n*(i/Prf+Tmin)(3)偏心角E为：2CN105677942A权利要求书2/4页其中e为轨道偏心率，接着求出真近心角θ为：进而求出第N个卫星在轨道平面坐标系中的坐标(xvs,yvs,zvs)为：其中r为轨道矢径，按照坐标系转换矩阵将第N个卫星在在轨道平面坐标系下的坐标转换到转动的地心坐标系下，即可得到第N个卫星在转动地心坐标下的三维坐标(xs,ys,zs)；卫星在轨道平面坐标系下的速度为(vxs_o,vys_o,vzs_o)：通过以下运算将卫星速度从轨道平面坐标系转到不转动地心坐标系，其中μ＝3.986013E+14为地球引力参数，ω为近心点角距、i为轨道倾角、a为轨道半长轴、Ω为升交点赤经：将Ns个卫星位置三维坐标和速度矢量储存起来，以便迭代计算零多普勒成像位置；设定四个变量Satenum1,Satenum2,SatenumMin,SatenumMax,SatenumGap，其中S