Application of the RPC model for spaceborne SAR image geometric processing

An increasing number of low, medium, and high resolution SAR satellites creates a demand for a generalized sensor model to replace the rigorous sensor model (RSM). The rational polynomial coefficient (RPC) model is a generic sensor model which accurately fits the object-image geometry for various sensor systems with different coefficient values. It has been widely used as an alternative to RSM for photogrammetric processing of optical images, but its applications to SAR images are rarely discussed in publications. In this paper, the feasibility and practicability of the RPC model for SAR images are studied. The RPC model can not only be used to replace the RSM (range–Doppler model for SAR), but also applied to the processing chain for SAR data, thus facilitating the processing of SAR and InSAR data for end users.     

高分辨率星载SAR数据产品分级研究

有理函数模型RF在卫星图像领域的主要应用是进行对象空间和图像空间的转换。Radarsat-2元数据中使用三阶有理函数模型和80个有理多项式模型参数RPCs(Rational Polynomial Coefficients),为RF模型从光学图像领域的应用扩展到合成孔径雷达(SAR)图像领域提供了契机。本文对多种传感器、成像模式及不同处理级别SAR图像的RPC产品的制作和属性进行综述,主要研究高分辨率星载SAR卫星标准分级产品的制作流程。以中国广州作为实验区域,利用该地区不同级别的条带模式SM(Strip Map)Terra SAR-X和COSMO-Sky Med数据,对提出的分级和生产方案进行验证,结果表明,有理函数模型在SAR图像产品分级体系中具有可行性且效果良好。     

一种用于SAR图像分割的几何活动轮廓模型

基于SAR图像边缘检测算子和变分水平集方法,依据能量最小化准则,提出了一种新颖的几何活动轮廓模型.其基本思想是,直接定义关于水平集函数的能量泛函,并将经典模型中基于梯度算子的边缘指示函数,替换为基于ROEWA算子的边缘指示函数,提高了模型对于SAR图像的边缘检测能力;同时在新模型中加入水平集函数惩罚项,确保水平集函数逼近符号距离函数.由于该项的作用,模型的数值求解可采用简单的显式差分格式迭代,并保持较快的收敛速度.针对仿真图像、Radarsat和华东电子研究所实测数据的实验结果表明,该模型具有实现简单、分割边界定位准确和收敛速度较快等优点.     

任意椭圆轨道下星载SAR多普勒参数的精确计算

国内外已有文献在推导星载SAR多普勒参数计算公式的过程中,均未考虑椭圆轨道下卫星航迹角不为零的影响,这使得已有公式只能近似地使用在近圆轨道上。如果用于大偏心率轨道,误差较大,将严重降低多普勒参数估计过程的收敛速度。为此,本文将航迹角的影响因素考虑在内,推导出可在任意偏心率轨道下使用的计算公式。针对小偏心率和大偏心率轨道,分别设计了一组仿真试验并进行了对比,结果表明:在大偏心率轨道下,航迹角对多普勒参数确有重要影响。     

Iteration convergence condition modeling for single spaceborne SAR image direct positioning

Single SAR image direct positioning is to determine the ground coordinate for each pixel in the SAR image assisted with a reference DEM. During this procedure, an iterative procedure is essentially needed to solve the uncertainty in elevation of each pixel in the SAR image. However, such an iterative procedure may suffer from the problem of divergence in shaded and serious layover areas. To investigate this problem, we performed a theoretical analysis on the convergence conditions that has not been intensively studied till now. The Range-Doppler (RD) model was simplified and then the general surface is degenerated into a planar surface. Mathematical deduction was then carried out to derive the convergence conditions and the impact factors for the convergence speed were evaluated. The theoretical findings were validated by experiments for both simulated and real scenarios.     

Rational function modeling for spaceborne SAR datasets

As a kind of generic sensor model, the rational function model (RFM) has been widely used in geometric processing of optical images, but has not yet been applied to SAR datasets. In this article the feasibility and methodology of rational function (RF) modeling for SAR datasets are investigated. After a review of the mathematic formulation of the RF model and the Range-Doppler model for SAR systems, the feasibility of applying RFM to SAR datasets is analyzed. Afterwards a two-stage approach is proposed as the key technique for SAR RF modeling to solve unknown parameters of RFM in a fast and unbiased way. The effectiveness and advantages of this approach are demonstrated by comparisons with traditional methods. Experimental results obtained for various spaceborne SAR datasets of different processing levels show that RFM is a suitable replacement of the rigorous Range-Doppler model for spaceborne SAR images. Furthermore, the impacts of several factors including the control point grid size, the number of elevation layers, and the orbit precision on SAR RFM solutions are evaluated quantitatively. The results show that the number of elevation layers is a key factor in SAR RF modeling, and its value should be set carefully according to terrain conditions of study areas. Finally, potential applications of SAR RFM are discussed in brief.     

多源星载SAR地形干涉测量精度分析

星载InSAR技术具有高效率、高精度获取全球DEM数据及其他增值产品的优势,是地形测绘领域的研究热点。本文综合利用国内外多源星载SAR影像数据,开展地形干涉测量试验及精度对比分析,旨在为全球测绘提供技术参考。现有的X/C/L波段卫星SAR系统,如COSMO-SkyMed、GF-3、ALOS-2获取的干涉数据集,在青海典型复杂地形实验区均成功获取了DEM数据产品。分析结果表明,在3种典型数据源中,基于COSMO-SkyMed干涉测量DEM的精度与细节质量相对较高,GF-3干涉结果次之,ALOS-2数据也实现了较好的地形测图精度。相关结果从侧面论证了国产GF-3数据具备在空间基线合适的条件下获得高精度DEM数据产品的潜力。     

基于RD模型的SAR影像正射纠正研究

介绍了基于RD模型进行SAR影像正射纠正的基本原理,并将不同方案的试验结果进行定量分析.实验研究表明,利用RD模型进行SAR影像正射纠正是正确、有效的,利用稀少控制点便能获得高精度.不使用任何控制点和DEM,只利用卫星参数进行纠正,导致系统误差大,在实际生产中的应用不广泛.高程误差对平面位置误差影响较大,DEM的高程误差越小,DOM精度越高.参考DEM的高程误差是DOM产品精度的关键因素.     

结合置信度的多通道星载SAR在轨舰船低虚警快速检测

舰船目标快速检测是星载合成孔径雷达的重要应用之一,也是SAR星上处理首先发展的应用方向.目前SAR舰船快速检测普遍使用的图像恒虚警(CFAR)检测方法中,低虚警一直是研究的重点,多通道SAR中舰船目标存在多通道虚假目标,进一步增加了虚警剔除的难度.为此,本文提出了一种基于置信度计算和SVM判别的低虚警CFAR(Cons...     

地心地固坐标系有理多项式系数模型探讨

针对遥感影像处理中多源影像联合定位研究的不足,该文在地心地固坐标系(ECEF)中构建航天光学与SAR影像的有理多项式(RPC)模型,给出了计算ECEF中RPC参数虚拟控制点的获取方法,分析了大地坐标系与ECEF中虚拟控制点格网的形变特点,并选取5种光学与SAR影像进行了RPC参数拟合试验,验证了模型的可行性。结果表明ECEF坐标系RPC模型不仅能够克服大地坐标系RPC模型存在应用盲区的缺点,也有利于通用模型和严密模型结合,在统一的坐标系中实现多源影像的联合定位。     

利用星载SAR单轨多角度地距图像提取高程信息

针对传统基于多个轨道上获得的不同星载SAR图像提取场景区域高程信息的方法具有系统复杂度较大的问题,该文提出一种利用星载SAR单轨多角度地距图像之间像点偏移量进行高程提取的方法。像点偏移是由星载SAR观测航迹的弯曲带来的。根据距离-多普勒原理,不同角度的地距子孔径图像之间存在与高程相关的像点偏移。文中推导了星载几何下高程值和像点偏移量之间的关系式,并得出了高程值和像点偏移量是近似线性关系这一结论,最后通过仿真实验验证了该方法。结果表明,该方法提取成像场景区域的高程信息是可行的。     

On RPC model of satellite imagery

The RPC model has recently raised considerable interest in the photogrammetry and remote sensing community. The RPC is a generalized sensor model that is capable of achieving high approximation accuracy. Unfortunately, the computation of the parameters of RPC model is subject to the initial of the parameter in all available liteature. An algorithm for computation of parameters of RPC model without initial value is presented and tested on SPOT-5, CBERS-2, ERS-1 imageries. RPC model is suitable for both push-broom and SAR imagery.     

On RPC model of satellite imagery

IntroductionThe rational polynomial coefficient ( RPC)model is a generalized sensor model that is usedas an alternative solution for the rigorous sensormodel for IKONOS of the spacei maging. As thenumber of sensors increases along with greatercomplexity ,…     

基于有理函数模型的星载SAR影像几何校正

主要研究了面向星载合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)影像几何处理的有理函数模型RFM(Rational Function Model)的建模、求解和应用方法。首先采用与地形无关的方式,利用严密的距离-多普勒模型(Range Doppler,RD)构建虚拟控制点格网来进行RFM建模,实现了一种RFM模型参数的快速无偏解算新方法,能够取得相对于RD模型很高的拟合精度,在几何定位功能上实现了对RD模型的有效替代,同时大大提高了计算效率。然后在此基础上利用RFM模型实现了星载SAR影像的快速几何校正,为了提高几何校正结果的绝对定位精度,引入少量地面控制点对RFM模型进行了像方改正处理,以消除SAR影像几何定位的系统误差,并利用ENVISAT ASAR数据的实验结果验证了本文方法的有效性。     

高分三号SAR影像广域范围联合几何检校技术

在获取广域范围雷达遥感正射影像图时,需要对区域内每景SAR影像进行几何参数修正,提高SAR影像的定位精度。但在广域范围进行控制点的选取和影像的逐一修正,其工作量巨大,严重影响了SAR影像分析应用的效率。对此,本文提出了一种广域范围联合几何检校方法。该方法在R-D模型的基础上,首先利用少许SAR影像计算其独立的系统级检校参数,其次去除系统级检校参数中大气延迟分量的影响,然后依据最小二乘平差原理获取最优的系统级检校参数,最后利用最优的系统级检校参数对所有SAR影像进行几何检校处理。论文采用覆盖中国中东部地区的32景GF-3SAR影像进行联合几何检校试验,检校后的SAR影像定位中误差优于9 m。试验结果表明:该方法能够提高GF-3 SAR影像几何检校的精度,验证了其有效性和可行性。     

利用RD模型和DEM数据的高分辨率机载SAR图像模拟

本文提出一种利用DEM数据基于RD模型的SAR图像模拟方法.该方法选择了Muhleman后向散射系数模型模拟SAR图像的辐射特性,引入SAR成像中的RD模型直接进行几何变换和灰度重采样模拟出SAR图像的几何特征.实验结果分析表明:模拟的SAR图像和真实SAR图像在图像纹理和几何关系上是一致的,而且几何关系可以精确配准到均方根误差为1.3个像素.     

基于影像模拟的星载SAR影像正射纠正

对山地和高山地等选点困难地区的星载SAR影像进行正射纠正时,通常采用距离多普勒模型进行影像模拟纠正。但由于每类星载SAR影像辅助数据不同,所建立的距离多普勒模型均不相同,从而导致针对每类星载SAR影像需要采用不同的软件模块进行模拟和正射纠正。针对该缺点,采用RPC模型代替距离多普勒模型并利用改进的模拟影像灰度确定方式进行星载SAR影像模拟,在此基础上建立模拟影像和真实SAR影像之间关系进行正射纠正。采用四川某地区的TerraSAR-X影像,将正射纠正的实际精度和理论精度进行对比,验证本文提出的理论和方法。     

两种SAR数据目标定位的比较

和以前的定位方法相比,距离-多普勒(R—D)定位法因不需要选地面参考点进行定位,在许多遥感应用方面具有独特的优势和重要意义。本文论述了利用卫星星历数据和雷达回波数据的距离-多普勒信息对SAR图像目标定位的原理,并对相对位置定位算法的计算公式进行了推导。通过该定位方法对Radarsat和ERS图像目标进行了定位,详细说明了轨道参数、斜距参数、多普勒参数等获取方法,比较了这两种数据目标定位具体算法和精度的差异。     

基于RPC的TerraSAR-X影像立体定向平差模型

针对新型高分辨率雷达卫星TerraSAR-X立体像对,本文提出采用基于RPC的平差模型,通过少量的地面控制点来拟合因传感器不稳定、平台星历数据不精确及测距误差引起的影像几何畸变,从而达到精确定向目的.为验证RPC平差模型的适用性,通过在立体成像区域均匀市设人工角反射器点的方法验证其模型精度,并评估了其三维定向平差后的精...     

使用多指数模型的 SAR 海冰图像偏差场校正

提出了一种使用多指数模型的SAR 海冰图像入射角偏差场校正的新算法, 该算法先对SAR 图像进行方 位向取平均, 然后用多指数模型对一维校正场建模, 应用熵值最小化方法求取最优的一维校正场, 再用推出的二维 校正场对原始图像进行校正。实验结果表明, 该算法对于SAR 海冰图像的入射角偏差场校正是有效的。与Karvonen 的算法相比, 该算法有更好的校正效果, 且不需要提供像素的入射角信息。