一种基于星地坐标转换的星载SAR图像地理编码方法

摘要

本发明提出了一种基于星地坐标转换的星载SAR图像地理编码方法，它是利用星地坐标之间的6个坐标系关系，巧妙的借用观测视角这一中间变量，在不需要迭代运算的前提下完成对星载SAR图像的高精度快速地理编码。传统的星载SAR图像地理编码方法大多需要进行迭代运算，处理效率低，在计算中是采用近似处理，影响定位精度，特别是卫星速度误差，它是影响传统星载SAR图像地理编码结果精度的最大因素，而本方法却不受卫星速度误差的影响，在星历参数非理想时，本方法的定位精度远远优于传统定位的方法，因而更适合于实际工程应用。本方法是一种全新的星载SAR图像定位方法，对实现星载SAR图像快速高精度地理编码具有重要意义。

主权项

1、一种基于星地坐标转换的星载SAR图像地理编码方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤一：依照星载SAR图像数据产品说明书，对相关信息副产品进行读取，获取所需的星历参数，包括：偏心率e、半长轴a、升交点赤径Ω、近地点俯角ω、轨道倾角i、波前斜距R_min、信号采样率fs、脉冲重复频率prf、过近地点时刻τ、光速c、格林威治时角HG；步骤二：依照星载SAR图像数据产品说明书，读入星载SAR图像数据，计算图像每一列所对应的斜距大小，相关计算公式如下，其中，R_j代表第j个距离门对应的斜距，R_min代表第一个距离门对应的斜距，fs为采样率，c为光速，j为距离门编号：步骤三：对星载SAR图像中某一像素点(i，j)，其中i为行数、j为列数，依照星载SAR图像数据产品说明书，对相关信息副产品进行读取，获取其对应的星上时间，计算该时刻下卫星位置矢量在转动地心坐标系下的坐标，相关计算公式如下，其中，(xgs，ygs，zgs)代表卫星位置矢量在转动地心坐标系下的坐标，Ago·Aov分别代表了不转动地心坐标系到转动地心坐标系的转换矩阵和轨道坐标系到不转动地心坐标系的转换矩阵，θ代表真近心角，M代表平均真近心角，r代表极矢径，a代表半长轴，μ代表地球引力常数，τ代表过近心点时刻，t代表星上时间，e代表偏心率：r＝a·(1-e2)/(1+e·cosθ)步骤四：对星载SAR图像中某一像素点(i，j)，其中i为行数、j为列数，依照星载SAR图像数据产品说明书，对相关信息副产品进行读取，获取其对应的星上时间、三轴姿态控制角(θy，θp，θr)、偏心率e、半长轴a、升交点赤径Ω、近地点俯角ω、轨道倾角i、脉冲重复频率prf、过近地点时刻τ、光速c、格林威治时角HG，计算该时刻下卫星天线相位中心位置矢量(xe，ye，ze)在转动地心坐标系下的坐标(xge，yge，zge)，相关计算公式如下，其中，(xe，ye，ze)代表卫星天线相位中心在卫星星体坐标系下的坐标，(xge，yge，zge)代表卫星天线相位中心在转动地心坐标系下的坐标，Ago、Aov、Avr、Are分别代表不转动地心坐标系到转动地心坐标系的转换矩阵、轨道坐标系到不转动地心坐标系的转换矩阵、卫星平台坐标系到轨道坐标系的转换矩阵、卫星星体坐标系到卫星平台坐标系的转换矩阵：步骤五：对星载SAR图像中某一像素点(i，j)，其中i为行数、j为列数，依照星载SAR图像数据产品说明书，对相关信息副产品进行读取，获取其对应的星上时间、三轴姿态控制角(θy，θp，θr)、偏心率e、半长轴a、升交点赤径Ω、近地点俯角ω、轨道倾角i、脉冲重复频率prf、过近地点时刻τ、光速c、格林威治时角HG，计算该时刻下卫星星体坐标系到转动地心坐标系的转换矩阵Age，相关计算公式如下，其中，Age代表由卫星星体坐标系到转动地心坐标系的转换矩阵，Ago、Aov、Avr、Are分别代表不转动地心坐标系到转动地心坐标系的转换矩阵、轨道坐标系到不转动地心坐标系的转换矩阵、卫星平台坐标系到轨道坐标系的转换矩阵、卫星星体坐标系到卫星平台坐标系的转换矩阵：步骤六：对星载SAR图像中某一像素点(i，j)，其中i为行数、j为列数，计算其对应的斜距，求解一元四次方程组，解出此时的雷达天线视角，相关计算公式如下，其中，R_j代表第j个距离门对应的斜距，R_min代表第一个距离门对应的斜距，fs为采样率，c为光速，j为距离门编号，A代表地球长半轴，B代表地球短半轴，θL代表雷达天线视角：m2＝2·R_j·(a12·b1+a22·b2+k·a32·b3)m5＝2·R_j·(a13b1+a23b2+k·a33b3)x＝cosθL步骤七：将求解出的雷达天线视角带入星地坐标转换矩阵，求解星载SAR图像某一像素点(i，j)在转动地心坐标系下的坐标，进而求出该像素点所对应的经纬度(Λ，Φ)，相关计算公式如下，其中，Ago、Aov、Avr、Are、Aea分别代表不转动地心坐标系到转动地心坐标系的转换矩阵、轨道坐标系到不转动地心坐标系的转换矩阵、卫星平台坐标系到轨道坐标系的转换矩阵、卫星星体坐标系到卫星平台坐标系的转换矩阵、天线坐标系到卫星星体坐标系的转换矩阵，R_j代表第j个距离门对应的斜距，(xgs，ygs，zgs)代表卫星位置矢量在转动地心坐标系下的坐标，(xgo，ygo，zgo)代表天线指向点在转动地心坐标系下的坐标：步骤八：每完成一个像素点的地理编码，计算i-M和j-N的值，其中M和N分别代表SAR图像的行数和列数，判断此时j-N是否小于0，如果小于0，则从步骤六进行重复操作；如果大等于0，则判断此时i-M是否小于0，如果小于0，则转入图像下一行处理，从步骤2进行重复操作，否则星载SAR图像编码完成。