[發明專利]合成孔徑雷達三維成像的QR分解方法

有效

• 申請號: 201010513822.1
• 申請日: 2010-10-13
• 公開（公告）號: CN102445690A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 王彥平;王斌;譚維賢;洪文;吳一戎
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及雷達三維成像技術領域，是一種針對合成孔徑雷達三維成像的處理方法。

背景技術

合成孔徑雷達通過雷達平臺在高度方向上的多次平行觀測，采集得到了不同視角下對目標的回波數據，沿高度方向的多次采樣構成了高度向合成孔徑；結合方位向上的孔徑合成和距離向上的脈沖壓縮，實現了對觀測目標的三維成像。2000年，德國學者A.Reigber等人，在論文《First?Demonstration?of?Airborne?SAR?Tomography?UsingMultibaseline?L-Band?Data》中進行了機載多基線SAR三維成像的研究，提出了三維成像的譜估計處理方法。在后續研究中，F.Lomdardini、S.Guillaso等人分別在論文《Adaptive?spectral?estimation?formultibaseline?SAR?tomography?with?airborne?L-band?data》、《Polarimetric?SAR?Tomography》中引入了Capon、MUSIC等方法進行空間譜估計，提出實現多基線SAR高分辨率的三維成像方法。2003年和2005年，意大利學者G.Fornaro等人分別在論文和《Three-Dimensional?Focusing?with?Multipass?SAR?Data》和《Three-Dimensional?Multipass?SAR?Focusing：Experiments?WithLong-Term?Spaceborne?Data》中對星載多基線SAR進行了三維成像研究，通過信號建模得到了高度向觀測數據和目標高程圖像之間的矩陣向量線性方程，并使用波束形成和奇異值分解等方法進行了三維成像實驗。多基線SAR三維成像首先對每條軌跡采集的數據進行二維成像，獲取目標在不同觀測視角下得到的二維聚焦數據向量，然后利用高度向合成孔徑的采樣數據估計空間譜，或求解線性方程，得到目標沿高度方向的圖像，結合每次觀測得到的目標距離-方位二維圖像從而實現對目標的三維成像。

發明內容

本發明的目的是提出一種合成孔徑雷達三維成像的QR分解方法，在于根據合成孔徑雷達采集的高度向觀測數據和目標高程圖像之間的線性方程，基于QR分解，以獲得高分辨率的三維成像結果。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：

合成孔徑雷達三維成像的QR分解方法，是使用QR分解技術對合成孔徑雷達采集的高度向多角度數據進行目標三維成像處理；

合成孔徑雷達是通過對目標在高度向上進行多視角的觀測，獲取目標沿高度方向的采樣數據，它可以通過機載雷達或星載雷達在不同高度位置的多次重復飛行實現，也可以通過安放陣列天線在一次飛行觀測中實現，也可以在地基軌道雷達系統中天線的二維平面移動實現；

合成孔徑雷達沿方位向的各次觀測軌跡保持平行，能夠單獨生成觀測場景的二維圖像，可以是正側視、斜視、條帶式或聚束式觀測模式成像；各次觀測軌跡的排列方向，是沿垂直高度方向排列，或沿水平方向排列，或沿與水平方向有一夾角的方向排列。

所述的合成孔徑雷達三維成像的QR分解方法，其包括如下步驟：

步驟A：對每次觀測采集的目標場景原始回波數據進行二維成像，生成觀測場景距離-方位平面的單視復圖像；

步驟B：對各次觀測生成的二維圖像序列進行配準，以最低觀測位置處得到的圖像為主圖像；

步驟C：對每幅圖像進行相位補償的解斜處理，相位調制因子由各次觀測的位置決定；

步驟D：由解斜處理后得到的目標高度向觀測采樣數據和高程成像的運算算子矩陣，得到觀測數據和目標高程圖像之間的線性方程；

步驟E：對矩陣向量形式的線性方程使用QR分解方法進行求逆，得到目標沿高度方向的分辨率圖像；

步驟F：結合步驟A生成的目標場景二維圖像，得到目標的距離-方位-高度三維分辨率圖像。

所述的合成孔徑雷達三維成像的QR分解方法，其所述步驟D中高程成像的運算算子矩陣的構建公式為：

Φ為N×M的矩陣，矩陣元素為

其中，N為各次觀測的軌跡數目，M為目標高度向向量長度，n＝1，...，N，m＝1，...，M，j為虛數單位，exp為指數函數，λ為雷達波長，r’為目標斜距值，θ為合成孔徑雷達的參考視角，為各次觀測與水平方向的夾角，l_n為第n次觀測與參考觀測位置之間的距離。

所述的合成孔徑雷達三維成像的QR分解方法，其所述步驟E中QR分解求解線性方程方法獲取目標高程圖像，包括如下步驟：