SAR影像几何校正研究

　　摘要：合成孔径雷达成像技术是雷达技术，现代电子技术和数字信号处理技术的有机结合，它使得传统雷达功能发生了质的飞跃。随着SAR成像处理技术的日益成熟，其成像质量不断提高，成为目前高科技条件下一种不可取代的探测、侦查手段。在军事，经济和科技研究等各方面都有重大价值和广泛应用前景。本文在查闺大量文献和国内外研究的基础上，归纳了研究方法和研究成果。
　　关键词：SAR　影像　几何校正
　　中图分类号：P237　文献标识码：A　文章编号：1672-3791(2012)01(b)-0042-01
　　合成孔径雷达，又名微波成像雷达，是指以“合成孔径”原理和脉冲压缩技术为理论基础，以高速数字处理和精确运动补偿为技术条件的高分辨率成像雷达。SAR是一种高分辨率成像雷达，同时也是一种全天候的遥感对地观测技术，使用它可以在能见度极其恶劣的气候条件下获取类似光学照相的高分辨率雷达影像。在制图、地质、灾害监测、水文、农业等众多领域有着广泛的使用。随着星载和机载SAR技术的不断发展，对SAR影像的应用研究也逐步深入。为了能应用SAR影像进行各种监测和分析统计，并且将SAR影像与其他各种影像进行融合、配准等，需要准确知道其对应的空间位置信息。当需要知道空间位置信息，或者要进行多时相、多源信息的综合分析时，SAR影像必须首先进行几何校正处理。
　　1　SAR简介
　　SAR的工作原理；SAR是利用雷达与目标的相对运动，把雷达在不同位置接收到的目标回波信号进行相干处理，可以使小孔径天线得到大孔径天线的效果，这也是合成孔径的含义所在，采用这种技术的雷达被称为合成孔径雷达。合成孔径雷达是利用雷达的多普勒效应在工作。比如坐过火车的人都会有这样一种体验，两列火车交会时，听到对面火车的汽笛声，其音调会随着火车驶近而慢慢提高，远去而慢慢降低，即声波的频率发生变化。
　　2　SAR影像特征
　　2.1　SAR影像几何特征
　　因为SAR的斜距成像特点，所以SAR影像上会出现和光学遥感影像显著不同的几何形变特征。(1)透视收缩：SAR传感器是斜距测鼍仪器，它是面向雷达的坡面在SAR斜距影像上被缩小。透视收缩的程度与坡度及当地入射角有关。(2)叠掩：假设目标到SAR方向的当地坡度大小超过了雷达入射角，那么从坡面的顶部反射的信号要先于坡面底部反射信号到达传感器，从而在SAR成像面上就会出现坡的顶、底颠倒的现象，这就是所说的叠掩。(3)阴影：如果一个坡面背向雷达的照射方向，雷达信号就无法到达该坡面及其相关区域，因此在雷达影像上相应的成像区域的信号为零，表现为非常暗的影像特征。
　　3　SAR影像处理的关键技术
　　3.1　辐射校正
　　多光谱扫描仪获取SAR影像时，每扫描一次将会获得6行信息，如果有一个探测器发生故障，会导致失漏一行数据，在数据上产生一条黑线。如果探测器的响应频率产生漂移，即某探测器的增益或振幅比其它探测器高，那么在扫描的过程中，影像信息上会产生明显的条带，而且与全幅影像完全不协调匹配。航空摄影过程中也有类似的问题，往往也会产生同样的地物出现不同的灰度，或者同样的灰度点，而实际上并非同样的地物。为了把原始影像恢复，就要用计算机对它进行辐射校正处理，通常采用相邻扫描线的平均灰度值去除黑线或条带状失真，还能用直方图的操作处理，接触灰度的失真。
　　3.2　几何校正
　　SAR影像的几何失真，分为内部畸变和外部畸变。内部畸变是由传感器的内在问题所引起的，比例尺的变化、中心移动、扫描非线性、歪斜等原因造成的几何扭曲。外部畸变是由运载工具的姿态引起的畸变，如卫星飞行中的偏航、滚摆、俯仰所引起的畸变。
　　3.3　去噪
　　SAR影像与其他影像的不同在于SAR受到斑点噪声(speckle)的干扰，这是一种乘性噪声，难以去除和抑制。而传统的去噪方法主要针对加性噪声，对斑点噪声处理的效果不佳。最常用的方法是将乘性噪声通过对数运算转化为加性噪声，然后利用传统的去噪方法。
　　3.4　压缩
　　SAR雷达产生的海量数据在带宽有限的信道传输及在有限的空间内存储，就必须进行压缩。压缩可针对SAR原始数据、含噪SAR影像或去噪后的SAR影像。对于含噪SAR影像或去噪后的SAR影像一般多采用DCT，Wavelet等频域压缩方法，取得了较高的压缩比。
　　3.5　识别
　　目标的识别是sAR影像处理的一个重要目的。从几何形状上，目标可分为点状、线状(曲线状)和面状。由于点状目标较小，容易与背景噪声混在一起，因而难于识别。
　　3.6　融合
　　为了最大程度地发挥SAR的优势，尽量弥补其不足，雷达越来越多地为多传感器系统的一个组成部分与其他传感器配合使用。目前的一个发展趋势是将来自各种不同传感器的信息，比如来自电光传感器和来自SAR的信息融合起来，从而提高决策的准确性。
　　4　SAR影像几何校正的意义
　　合成孔径雷达影像固有的透视收缩、叠掩和阴影等几何特征不利于普通用户对影像特征的理解和专题信息的提取。SAR具有较复杂的成像机制，如果用户采用对待光学遥感影像几何特征中常用的多项式法进行SAR影像的校正，很难满意。因此研究SAR影像几何校正算法，开发实现可操作性的SAR正射校正处理软件，对于SAR影像的应用具有极其深远的意义，具体体现在以下4个方面。
　　(1)sAR具有全天时、全天候获取数据的特点。
　　SAR影像可以应用于国民经济的各个应用部门，其研究领域十分宽广，而且还在不断扩展；未来星载SAR卫星发展十分活跃，可以利用的SAR数据会越来越丰富。但是，如果我们没有有效的SAR影像处理软件，显然就会阻碍SAR应用技术的发展。SAR影像的几何校正是SAR影像处理软件中的重要功能之一，是进行专题信息提取和制图的重要处理步骤。
　　(2)数据的应用可以提取地球物理信息。
　　多平台、多传感器、多时相遥感数据的融合对提高专题信息的提取精度有重要作用。但融合的重要技术之一就是遥感影像之间的空间配准。雷达影像和光学影像具有截然不同的影像几何特征，不进行正射校正很难实现两种影像间的空间配准，即便同是SAR影像，不同时间、不同的SAR传感器获取的影像也在不同程度上需要通过正射校正完成空间的配准。
　　5　结语
　　现代信息化战争最突出的特点是对制信息权的争夺，只有取得了制信息权才可以获取战争的胜利。SAR技术以其超强的信息获取能力，自从出现以来倍受各国重视，在对地探测领域有后来居上的趋势。将、来的高分辨率、多卫星群和小型化SAR成像技术的实现，会使SAR遥感探测技术在未来信息化战争中大显身