[发明专利]一种机载SAR图像自动目标定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机载SAR图像自动目标定位方法，利用载机的飞行信息和SAR图像信息将目标在SAR图像中的坐标转换为目标在地球上的实际地理坐标，适合于在机载SAR系统中对目标实行精确定位。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)本身是一种利用微波感知的主动式传感器，它不受天气、光照等条件限制，可对感兴趣目标进行全天候、全天时的侦察；此外，由于微波具有一定的穿透探测能力，可以探测到一定深度地表下的或是其他经过伪装或掩盖的目标，这使得SAR在目标探测方面具有巨大的应用潜力。

通常情况下，目标检测的结果得到的是目标在SAR图像中的位置。而在实际的应用中，不管是在军事方面，如常规境外侦察定位，飞行器导航、火控、目标跟踪等；或是民用方面，如自然灾害(森林火灾)的评估和预测、船只监测和海难救援等，仅得到目标在图像中的位置是不够的，这时更加重要的是得到目标在地球上的位置。因此，将目标在图像中的坐标转换为目标在地球上的地理坐标的SAR图像自动目标定位技术具有重要的研究意义。

传统的SAR图像目标定位方法一般是进行有参考点定位，即在SAR成像范围内找出一些位置已经确知的参考点(人造的或自然的)，然后再去确定图像中其它目标点相对于参考点的位置；这类方法依赖于较高精度的地面控制点，并且需要通过人工判读的方法确定控制点在影像上的位置，因此很难实现实时处理。目前，关于机载SAR目标定位的专门性文章并不多，在常见的目标定位算法中，多数是忽略地球模型对定位精度的影响，直接利用机载SAR系统成像原理的几何关系，计算目标点与机下点位置的相对偏离关系，再根据机下点的地理位置和载机的航向来获得目标的地理坐标；这类方法虽然能实现快速定位，但是其定位精度不高。而一些星载SAR自动目标定位方法，虽然考虑了地球模型对定位精度的影响，但是却忽略了迭代初值点对目标定位的影响；迭代初值点的设定影响着迭代算法的收敛方向，在初值点设置与SAR工作模式矛盾的情况下，会产生目标混淆的情况，使最终的定位结果产生很大的偏差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种以距离-多谱勒原理为基础的SAR图像自动目标定位方法，该方法是一种无控制点的绝对定位方法，既考虑了地球模型的影响，提高了定位精度；又通过泰勒级数展开将非线性方程组线性化，提高定位速度；同时根据SAR工作模式选择迭代初值点，避免了目标混淆。

本发明的技术解决方案为：一种SAR图像自动目标定位方法，其特征在于利用载机的飞行信息(位置、速度等)和SAR图像信息(分辨率、中心距离、中心多谱勒频率等)，在距离-多谱勒方程的基础上，结合地球模型方程，将目标在SAR图像中的坐标转换为目标在地球上的实际地理坐标，其具体步骤如下：

(1)确定载机位置参数，将载机位置的地理坐标(经度、纬度、高度)转换为空间直角坐标；

(2)确定载机飞行速度，将载机在雷达惯性坐标系中的速度矢量(北向、天向、东向)转换为空间直角坐标系中的速度矢量；

(3)根据SAR图像距离向和方位向的分辨率，以及图像原点的距离和多谱勒信息，求出图像坐标为(x，y)的目标点的距离R和多谱勒频率f_D；

(4)根据雷达波束照射方向，计算照射区域内距离为R的等距离圆上零多谱勒频率点的直角坐标，并以此坐标作为迭代计算的初值；

(5)联立距离-多谱勒方程和地球模型方程，利用泰勒级数展开将此非线性方程组线性化，进行迭代计算求得目标点的直角坐标；

(6)将目标点的直角坐标转化为目标在地球上的经纬度坐标，输出最终定位结果。

本发明的原理是：SAR传感器所发出之探测波的同一波前球面上的所有地物点将成像于一点，因此，在雷达照射区域内，分布着等时延的同心圆束和等多普勒频移的双曲线束。同一回波时延的点目标具有不同的多普勒频移，而具有相同多普勒频移的点目标又有不同的延时。根据距离向上回波信号的时延和方位向上的多普勒频移这两个信息，即已知目标点的距离-多谱勒方程，再结合地球模型方程，就可以将点目标区别确定。