真实和合成孔径雷达
Real and Synthetic Aperture Radar
Real Aperture Radar (RAR) flight direction
azimuth Synthetic Aperture Radar (SAR) flight direction
azimuth
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Spatial Resolution (1)
2
儿童素描距离分辨率 与真实孔径雷达距离向分辨率相同。但由于真实孔径 机载雷达一般用短脉冲来实现距离向分辨率，而合成孔 径雷达通常用带宽（脉冲频率的变化范围）为B的线性调 频脉冲来实现作用距离向的良好分辨率。
δr =
1 c cτ = 2 2B
Spatial Resolution (2)
For Real Aperture Radar (Side-looking Radar)
狼王梦的好词好句
razimuth ?
λR
l cτ 2 sin θ
rground ? range =
For Synthetic Aperture Radar (SAR)
razimuth ?
l 2 c 2 B sin θ
rground ?range =
3
Rr =
τc
2 cos γ
=
ground Range resolution
pul length × speed of light 2 cos ( depression angle )
Range Resolution (2)
4
Azimuth Resolution
Distance parallel to the azimuth (flight) direction Azimuth resolution equals the swath width
Azimuth resolution
Ra =
S ×λ L slant range × wavelength antenna length
5
Azimuth Resolution (2)
Synthetic aperture radar (SAR)
6
Azimuth Resolution (3)
4.3 几何校正
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SAR影像几何形变误差源
广式腊肠怎么吃地球自转、曲率、卫星姿态误差。 ? SAR斜距成像造成：平地地区近距压缩，高程变化地区迭 掩与顶底位移。
合成孔径雷达影像固有的透视收缩、顶底位移和阴影等几何特征不利于一般用户对影像特征的理解 和专题信息的提取。合成孔径雷达具有比较复杂的成像机制，若用户采用光学遥感影响几何校正中常 用的多项式法进行合成孔径雷达影像的校正，很难得到满意的校正结果.
当需要确切获取SAR影像上地物特征的空间位置信息时，或需要对多时 相、多源信息进行综合分析时，必须对SAR影像进行精确的几何校正处 理。 ? 按照几何纠正精度层次进行分类
– 几何粗纠正（地理参考编码） ? 解决影像整体定向问题，实现地图投影、指北。 – 几何精纠正（正射纠正） ? 解决影像内部地形引起的形变误差。
按照采用的几何方法分类
– 多项式方法 ? 不考虑SAR成像过程，直接利用多项式进行影像到地理参考的转换， 实现影像的再投影。 – 几何成像方法 ? 考虑SAR成像过程，利用SAR成像模型建立从影像到实际地物的投影 关系，实现影像的再投影。
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Principle of SAR Image Geocoding
几何粗纠正
图像的几何粗校正
– 地球自转、曲率、卫星姿态的校正 – 斜距-地距改正,斜地变换仅是视觉上的变换
SAR的斜距图像是时间上的等间隔采样 地距图像是等距离间隔的采样
– 利用地面控制点拟合变换公式近似进行简单校正
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斜距图像
地距图像
多项式纠正
黑兔子x = a00 + a10 X + a01Y + a 20 X 2 + a11 XY + a02Y 2 + ... y = b00 + b10 X + b01Y + b20 X 2 + b11 XY + a02Y 2 + ...
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基于成像模型的SAR影像纠正
光学近似模型的SAR几何精确纠正
– 共线方程G.Konecny公式正射纠正
由数字摄影测量学界发展的基于雷达共线方程的方法。这种方法通常基于简化的雷达成像
几何 关系建立SAR共线方程。
– 行中心投影公式正射纠正
SAR成像模型的SAR几何精确纠正
– R-D模型正射纠正
由SAR图像处理算法及系统开发领域专家提出的基于距离——多普勒（RD）定位模型的方 法，这种算法完成从SAR成像机理出发，和SAR的信号处理过程有机结合，已经成为通常SAR 处理器都具备的标准SAR图像产品生产方法.
– 基于SAR模拟成像的正射纠正
共线方程G.Konecny公式正射纠正
处理流程 – – – – – – 根据SAR头文件的星历信息计算卫星轨道数据，并按照坐标变换关系将卫星轨 道坐标、控制点坐标、及DEM数据转换到同一坐标系（椭球割面坐标系）中。 利用控制点坐标像素值与地理坐标值之间的对应关系，组建正射纠正模型。 对正射纠正模
班委鉴定评语型进行线性化，通过采用线角元素分开、岭估计等方法确定正射 模型中的各待定参数值。 依据输出图像的图幅范围，按照指定的输出像元的大小，计算DEM范围内各点 的地理坐标所对应的像素坐标。 利用得到的像素坐标在待纠正中的SAR影像中通过采样（最邻近差值或双线性 差值）求出地面控制点其地理坐标值处所对应的像素灰度值。 正射图像生成。
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R-D定位模型
SAR作为一种主动遥感成像方式，可以提供非常精确的传感器到目标 的距离和返回信号的多普勒历史信息，这些信息可以很精确地将卫星 和地表相联系，从而构建SAR定位模型，通过解算定位模型就可以得 到每个像元的地理位置。 ? SAR定位模型是采用curlander发展的距离-多普勒(RD)定位模型。该模 型不仅采用严密的距离方程和多普勒方程，而且建立在地球椭球模型 之上。 ? ? 该模型已经成为目前所有成功发射卫星SAR的标准定位模型。 各种SAR的影像产品都为采用这种定位模型进行地理编码处理提供了 基本一致的卫星轨道状态数据、距离向方程参数和多普勒方程参数。
原点为地心,其基本平面 为赤道面,X 轴指向春分 点，Z轴和地球的赤道 平面重合。 这个坐标系统通常称为 GEI(Geocentric Equatorial Inertial),广泛 应用于地球轨道上星体 或人造目标的定位）
对于SAR地理定位研究的空间尺度来讲,GEI坐标系统可以认为是静止 的惯性坐标系统。在GEI系统中，地面上的物体是随着地球自转而运动 着的。 GEI坐标系是描述天体运动的理想坐标系统，但这种惯性坐标系统不适 合描述地面目标的位置。
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R-D模型
综合实践活动方案v v v Rst = Rs ? Rt f DC = ?
距离方程
v v 2 v v (V s ? Vt ) ? ( Rs ? Rt ) λR
多普勒频率方程
xt2 + y t2 z2 + t2 = 1 ( Re + h) 2 R p
地球模型方程探险世界
懒兔
Re是平均赤道半径, Re=6378.139km
R p = (1 ? 1 / f )Re 极半径,
f是平坦度因子, f=298.255
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地理定位方法——直接定位法
对于任意影像像元（i,j）,斜距R和多普勒频率是已知的。因此在距
离方程和多普勒方程中只有目标点的位置是未知的。
对于地球数据模型方程，两个椭球参数为已知值，假设目标点的高 程已知，则在地球模型中也只有目标点的坐标是未知数。 ? 由影象坐标出发，求解该影像坐标所对应的大地坐标
的过程就是直 接定位法。
(i, j , H t ) → tij → ( R, f d ) → ( X t ,Yt , Z t ) GEI → ( X t ,Yt , Z t ) ECR → ( Lt , δ t ) ECR
地面目标的大地坐标是在ECR坐标系中定义的，而卫星状态矢量坐标通常在GEI坐 标系中定义。因此，要在ECR坐标系中定义以上定位方程，需要将卫星状态矢量 由GEI坐标系转换到ECR中。
在星载SAR地理定位中还常用到地固坐标系统（ECR），不考虑极移 的地固系统为准地固坐标系统，考虑极移的地固系统为准地固坐标系 统。 ? 准地固坐标系统和瞬时真赤道地心系之间的差别为地球自转角，即格 林尼治恒星时（GHA）。 ? 卫星轨道矢量的参考时间通常为UTC，因此在进行GEI与ECR之间的 转换时，需要从UTC推算出GHA。
