微波遥感集中编程实习报告二

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1、微波遥感编程实习报告一、实习目的本次实习希望通过编程实现基于R-D方程的SAR影像几何校正，比较校正前后SAR影像特征与区别，分析距离成像几何原理，掌握R-D校正步骤。希望通过这次实习了解SAR成像几何原理，熟悉距离式成像过程。掌握距离-多普勒方程进行校正的原理和难点，认识校正所需参数意义与读取方法。理解并掌握斜视SAR成像中距离式成像的机理与方法，了解SAR图像特殊几何特征成因与校正必要性；掌握基于R-D构像方程的SAR图像像素坐标与大地坐标间的定位关系；在此基础上编程实现SAR图像的几何校正过程。二、实习内容1.数据介绍SAR影像的头文件信息中包括该幅影像上5个成像点

2、的XYZ坐标，第一点的成像时间和5个点间的成像时间间隔，影像的第一行成像时间与成像间隔，影像距离向的成像时间与时间间隔，SAR影像4个角点的经纬度以及投影椭球的长短半轴。这些数据用于确定任意时刻下成像点的位置矢量、速度矢量和加速度矢量，确定对应的DEM范围以及确定DEM上各点对应SAR影像的ij坐标和灰度值。这些参数已经存储在parameter.txt里，可直接读取使用，但注意单位转换问题。DEM影像是ers2dem.img，可以利用DEM提供的H结合经纬度坐标BL，利用投影椭球信息，计算出成像点的大地坐标XYZ，但注意裁剪SAR对应到DEM的范围。SAR影像灰度信息则是

3、存储在DAT_01.001内，注意SAR影像的数据格式，这里存储的是复数形式，需要计算强度信息作为灰度值。满足公式：强度²=实部²+虚部²。数据的预处理包括利用影像5个成像点的XYZ坐标和第一点成像时间、成像时间间隔，利用多项式拟合的方法，确定轨道系数ABC，从而可求出任意时刻的卫星位置矢量，位置矢量求导可得到速度矢量，再求导可得到加速度矢量，这些都是在之后的R-D方程中有所利用。注意为解求矩阵方便，可将第一点成像时间当作0。其余的数据预处理包括单位转换以及由于双程传输引起的时间转换。考虑到DEM的分辨率是90m，而SAR影像分辨率是30m，所以还要进行DEM加密，这里使

4、用的方法是双线性内插方法实现DEM加密。2.R-D方程已知R-D方程由3条方程组成，包括距离方程、多普勒频率方程和椭球方程，如下图。图1R-D方程利用R-D方程进行几何校正时，使用的是间接校正法。即利用DEM中各点的经纬度坐标BL结合DEM影像上的高度信息H，加上投影椭球参数，计算出各点的大地坐标XYZ，再由该点的位置矢量结合当时卫星的位置矢量、速度矢量和加速度矢量代入距离-多普勒方程，确定成像时刻，从而找到SAR影像上对应的（i，j），取出此处的灰度值，赋给DEM对应的大地坐标处。最后再内插得到的灰度影像，即可得到纠正后的SAR影像。一、实习步骤下面将根据上述实习内容一

5、步步地编程实习SAR影像几何校正。几何过程可按概括为以下的流程图：图2几何校正流程图1.数据读取和预处理需要利用的SAR影像头文件数据已经保存在parameter.txt中，编程实现数据读取及保存。图3参数读取并存储结合5点的位置矢量和第一点的成像时间和成像时间间隔，利用多项式拟合求解拟合参数，由拟合参数可以求解任意时刻的卫星位置矢量、速度矢量和加速度矢量，这里对拟合参数的求解是利用矩阵最小二乘法求解的。在矩阵计算时，由于时间t较大，高次方运算可能会超过数据范围，所以把初始成像时间设为0。注意一些数据需要进行转换，如投影椭球的长短半轴长单位是千米，需要转换到米为单位；经纬

6、度是以度为单位的，在由经纬度坐标BLH计算到大地坐标XYZ时需要把经纬度转为弧度为单位；考虑到双程传输，时间需要进行改正。需要利用到DEM数据和SAR影像，利用GDAL库的RasterIO函数将影像数据读入。注意SAR影像DAT_01.001是以复数形式存储，分为实部和虚部，数据格式是CInt16，而我们需要的是它的灰度信息，灰度信息是影像的强度，符合公式：强度²=实部²+虚部²，利用公式求出其强度信息并读出来存储起来。编程实现DEM影像读取和SAR影像读取并存储。图4DEM的读取图5SAR的读取1.由R-D方程计算行列号利用R-D方程间接校正，即利用DEM的大地坐标，结

7、合卫星位置矢量、速度矢量、加速度矢量代入R-D方程，求解出该点对应到SAR影像上的行列号。对多普勒方程求微分，有式中VS、RS表示卫星速度矢量和位置矢量，RP表示DEM大地坐标，对DEM的任一点来说，成像时间未知，多普勒方程不为0，可针对方位向时间进行迭代。以中间行成像时间为初始迭代时间，求出当前时刻的VS、RS、aS，结合DEM上该点的RP，代入上式可以求出，令，再进行下一次迭代，随着迭代次数的增加，会减小，成像时间会越趋于真实值。可以通过设置一个阈值，当时，迭代停止，此时求出的时间为真实方位向时间。为使循环不陷入死循环，还