本發明屬于衛星遙感圖像處理。
背景技術：
1、星載被動微波輻射計的低空間分辨率限制了其在全球遙感觀測領域的應用，為了提高星載被動微波輻射計的分辨率，適當增大天線口徑或提高工作頻率的方法提升效果有限。圖像增強技術能夠在一定程度上突破現有圖像獲取手段的空間分辨率極限，改善由于圖像退化和圖像離散化所引起的空間分辨率下降，彌補原有圖像空間分辨率的不足，獲得質量更好、空間分辨率更高的圖像。
2、目前，國內外星載被動輻射計圖像重建主要有圖像增強算法、基于反演的細分重建技術和散射計圖像重建算法(參見李莉莉.基于bg算法的微波輻射計圖像處理技術的研究[d].大連海事大學,2010.)。backus和gilbert先后于1967、1968和1970年提出了矩陣反演理論，用來求解地球物理參數反演問題(參見backus?g?e,gilbert?j?f.the?resolvingpower?of?gross?earth?data:geophys[j].j.r.astron.soc,1968和g,backus,f,etal.uniqueness?in?the?inversion?of?inaccurate?gross?earth?data[j].philosophical?transactions?of?the?royal?society?a:mathematical,physical?andengineering?sciences,1970.)。bg(backus-gilbert)反演算法是利用鄰近區域測量中存在著的天線照射的地面覆蓋區域的重疊，即通過鄰近區域測量中天線響應函數的重疊，來計算鄰近區域對測得的天線亮溫所做的貢獻，進而從天線亮溫中反演出地面的真實亮溫。stogryn等(參見stogryn?a.estimates?of?brightness?temperatures?from?scanningradiometer?data[j].ieee?transactions?on?antennas&propagation,1978,26(5):720-726.)將bg方法應用于處理被動微波輻射計數據，并通過采用亮度溫度分布的模擬數據或真實的星載微波輻射計數據，來驗證反演算法提高微波輻射計圖像空間分辨率的可行性。傳統方法中，在使用bg反演算法進行微波輻射計圖像的空間分辨率增強時，只是重新計算了圖像上各個像素點的亮度溫度值，推導出相對更加準確的地面亮溫，而得到的重建圖像的像素數目并未發生變化，因此這種重建天線亮溫獲得的圖像增強效果有限。尹紅剛等(參見尹紅剛,張德海.使用bg反演算法細分重建微波輻射計圖像[j].遙感技術與應用,2006,21(2):5.)基于bg反演算法細分重建微波輻射計圖像，通過對表示微波輻射計測量的天線亮度溫度的空間采樣間隔進一步地劃分，利用相鄰區域測量中天線響應函數的重疊，獲取更加細致和準確的地面亮溫。由long等(參見long?d?g,hardin?p?j,whiting?pt.resolution?enhancement?of?spacebornescatterometer?data[j].ieee?transactionson?geoscience&remote?sensing,1993,31(3):700-715.)提出的散射計圖像重建算法sir(scatterometer?image?reconstruction)算法也是增強輻射計圖像空間分辨率常用的算法。sir算法最初用于產生多元散射計的圖像，是乘法代數重建技術，即最大化熵重建方法的一種變形。它的原理是首先將輻射計測量的分辨率單元分配到矩形網格上，然后使用迭代過程從初始亮溫中估計得到輻射計圖像，這種方法依賴于天線方向圖形狀及獲取分辨率增強的測量重疊。
技術實現思路
1、為了解決星載被動微波輻射計空間分辨率低的問題，本發明公開了一種聯合維納濾波和sir算法的星載被動微波輻射計數據重建方法，所采用的技術方案如下：
2、聯合維納濾波和sir算法的星載被動微波輻射計數據重建方法，具體步驟為：
3、步驟一、衛星遙感數據獲取：
4、首先需要獲取星載被動微波輻射計數據，
5、微波輻射計第i次觀測到的星載被動微波輻射計天線溫度為：
6、
7、為t時刻視軸方向矢量，s(t)表示t時刻星載被動微波輻射計天線到地表單位像元da距離，g表示天線響應函數，表示第i次觀測過程中地表單位像元的天線響應函數平均值，表示t時刻地表單位像元的天線響應函數，ρ表示地心到地表方向的矢量，表示從地心到地表單位像元da的單位矢量，t表示積分時間，tb(ρ)表示星載被動微波輻射計觀測地表單位像元的地表亮溫，e表示觀測面，即積分區域；
8、步驟二、利用維納濾波提高被動微波輻射計數據采樣間隔：
9、首先，基于雙線性插值將各波段原始亮溫數據，經緯度數據，方位角數據等進行2倍擴展，將原始數據行列數增加1倍，然后采用維納濾波器對插值后的各波段原始亮溫數據進行降噪；
10、維納濾波器的頻率響應由以下公式給出：
11、
12、令h＝h(u,v)，h*是h的復共軛，|h|2是h模的平方，則k是一個與噪聲功率有關的常數，h(u,v)表示天線響應函數g的傅里葉變換；sf(u,v)和sn(u,v)分別為f(u,v)和n(u,v)的功率譜，f(u,v)表示tb的傅里葉變換，n(u,v)表示微波輻射計的噪聲n的傅里葉變換；
13、天線響應函數g(x,y)利用二維橢圓高斯函數簡化后的計算公式模擬，其計算公式為公式(4)，
14、f(x,y)＝aexp(-(a(x-x0)2)c(y-y0)2))?(4)
15、a為高斯函數振幅，x0，y0為天線足跡位置中心經緯度，x，y為足跡內任意位置經緯度；此時，a和c分別表示為：
16、
17、和在數值上等于足跡瞬時視場大小的一半；
18、步驟三、基于sir算法對被動微波輻射計數據進行重建：
19、1)計算覆蓋到每個重建像元足跡覆蓋的全部網格數量，根據重建分辨率重建easegrid2全球網格，計算每個重建后的網格頂點是否在模擬衛星天線響應函數內，如果重建后的網格的四個頂點存在一個頂點在橢圓內，則認為存在重復覆蓋，循環后得到重建網格重復掃描的次數和覆蓋網格數量；
20、2)以步驟二中維納濾波器輸出的數據為初始值，計算新預測值，新預測值可表示為：
21、
22、其中，i表示星載被動微波輻射計天線的第i次測量；j表示星載被動微波輻射計天線第i次測量所覆蓋范圍的重建像元序號；k表示第k次迭代；表示第i次測量所覆蓋范圍內第j個重建像元第k次迭代的迭代值，當第一次迭代時設定為圖像的初始值；fik表示第i次測量所覆蓋范圍第k次迭代時預測值，即預測的低分辨率亮溫值；hij表示第i次測量所覆蓋范圍第j個重建像元的天線響應函數g(x,y)；
23、天線響應函數g(x,y)利用二維橢圓高斯函數模擬，計算公式為公式(8)，
24、f(x,y)＝aexp(-(a(x-x0)2)2b(x-x0)(y-y0))c(y-y0)2))??????(8)
25、其中，a、b和c分別表示為：
26、
27、其中，θ表示衛星方位角；
28、此處j按照行列索引唯一值，假設重建范圍總行數為r，總列數為c，當按列存儲時第r行第c列的唯一索引值為：
29、j＝(c-1)×r+r?(12)
30、此時，m＝r×c，即m表示某一次覆蓋天線響應函數覆蓋的像元數；
31、3)計算一個比例因子作為原始預測值與新預測值的比，所述比例因子計算公式為：
32、
33、其中，ta(w)為第i次測量所覆蓋范圍的原始亮溫數據；
34、4)在獲取預測值和比例因子后，根據下列公式計算更新項：
35、
36、5)數據設定完成后，進行迭代，每個點的迭代結果為：
37、
38、其中，i、j、k表示含義與上文相同，n表示衛星天線的測量到第j個重建像元的總次數；
39、6)重復上述步驟1)～步驟5)的過程至每個點達到預設的迭代次數，完成星載被動微波輻射計數據的重建。
40、本發明的有益效果：本發明根據星載被動微波輻射計工作原理，利用維納濾波提高被動微波輻射計數據采樣間隔，并基于sir算法對提高采樣間隔的被動微波輻射計數據進行重建，通過聯合維納濾波和sir算法，能夠獲取高空間分辨率的星載被動微波輻射計數據，為全球遙感觀測應用提供高空間分辨率的被動微波遙感數據提供技術參考。