[發(fā)明專利]一種連續(xù)場景的稀疏陣列SAR側(cè)視三維成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210537094.7
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103869312A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李道京;張清娟;李烈辰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)(Synthetic?Aperture?Radar，SAR)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于連續(xù)場景的稀疏陣列SAR側(cè)視三維成像方法，特別是利用機(jī)載平臺實現(xiàn)交軌向較大間隔空間稀疏采樣和側(cè)視三維成像。

背景技術(shù)

在常規(guī)SAR實現(xiàn)了對觀測場景的二維高分辨率成像之后，如何獲得觀測對象的高程信息成為近年來SAR領(lǐng)域研究的熱點。干涉SAR通過多個接收天線或多次飛行獲取同一目標(biāo)的多幅SAR圖像，對其進(jìn)行干涉相位處理用于數(shù)字高程模型(Digital?Elevation?Model，DEM)反演。合成孔徑雷達(dá)三維成像技術(shù)(Three-Dimensional?Synthetic?Aperture?Radar，3D-SAR)是可以獲得具有三維分辨能力的圖像的一種新型微波成像技術(shù)，3D-SAR不僅可以實現(xiàn)對觀測場景的二維高分辨率成像和高程測量技術(shù)，還可以將對觀測場景的描述從二維平面提高到三維空間，極大地拓展了SAR成像技術(shù)的性能和發(fā)展空間。

3D-SAR與2D-SAR有相同的順軌向分辨率，且其高程向分辨率近似等于2D-SAR的距離向分辨率，即3D-SAR利用傳統(tǒng)2D-SAR成像技術(shù)可以獲得高的順軌向和高程向分辨率。而3D-SAR的交軌向分辨率與交軌向陣列尺寸直接相關(guān)，為了增大交軌向分辨率需要有足夠大的交軌向孔徑，而交軌向孔徑尺寸的增大直接導(dǎo)致子陣增多、系統(tǒng)復(fù)雜以及數(shù)據(jù)量增大，為了避免上述問題，交軌向陣列可采用稀疏陣列。

成像雷達(dá)陣列天線的稀疏，為了確保圖像質(zhì)量，不僅要求系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)有較低的峰值旁瓣比，而且要求有較低的積分旁瓣比。目前的陣列稀疏化方案主要有最小冗余線列陣、對旁瓣電平有約束的稀疏陣、方向圖乘積降低柵瓣稀疏陣和能獲得滿陣相位中心的稀疏陣。由于在接收等效相位中心原理下可以產(chǎn)生新的相位中心，從而可以考慮采用模擬退火算法優(yōu)化稀疏陣列天線的位置，使在各子陣天線在多發(fā)多收條件下，所產(chǎn)生的相位中心分布情況和滿陣天線相同時，采用的真實子陣天線最少，且可以避免稀疏陣列天線峰值旁瓣比和積分旁瓣比較高的問題。

上述陣列優(yōu)化算法的缺點在于雖然對實際存在的子陣數(shù)目進(jìn)行了優(yōu)化稀疏，但是獲得的等效相位中心仍需要和滿陣天線相同。實際上，由于場景是連續(xù)變化的，應(yīng)具有可壓縮性，而分辨單元的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長的事實導(dǎo)致每個分辨單元隨機(jī)初相位的產(chǎn)生，這使得連續(xù)場景的可壓縮性難以體現(xiàn)，傳統(tǒng)的單孔徑SAR難以實現(xiàn)空間降采樣。采用交軌陣列天線SAR形成的多天線觀測結(jié)構(gòu)，有可能消除不同分辨單元散射點的隨機(jī)初始相位影響，還原連續(xù)變化地物場景的可壓縮性，降低復(fù)圖像帶寬。復(fù)圖像帶寬的減少就意味著空間采樣率可以降低，該概念不僅可用于二維成像的空間降采樣，也可考慮轉(zhuǎn)入交軌稀疏陣列三維成像空間采樣過程，并在交軌向?qū)崿F(xiàn)空間降采樣，使得交軌向陣列等效相位中心可以不必與滿陣天線相同。

側(cè)視三維成像是3D-SAR的一種重要的工作模式，研究交軌向較大間隔空間稀疏采樣方法，對實現(xiàn)側(cè)視三維成像具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是利用信號重構(gòu)方法去除分辨單元散射點的隨機(jī)初相位，降低信號帶寬，以較大間隔的空間稀疏采樣，實現(xiàn)對連續(xù)場景的側(cè)視三維成像。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種連續(xù)場景的稀疏陣列SAR側(cè)視三維成像方法。該方法主要包括以下步驟：回波信號三維成像、信號重構(gòu)、低通濾波、重新成像、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，回波信號三維成像算法是先采用二維ωK成像算法對每個子陣的回波信號進(jìn)行二維成像，然后對第三維高度方向成像。回波信號三維成像的坐標(biāo)系建立在以順軌向x，距離向r和與順軌、距離平面垂直的高度方向s為坐標(biāo)軸的斜平面直角坐標(biāo)系，該方案可以避免交軌向和距離向的耦合影響。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，信號重構(gòu)方法是用全陣三維復(fù)圖像S₁的相位減去參考三維復(fù)圖像S₂的相位以去除分辨單元散射點隨機(jī)初相位的影響，然后將得到的新復(fù)圖像信號變換至回波域。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，交軌向稀疏陣型的選擇需要滿足中間設(shè)計有三個連續(xù)子陣的條件。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程是將成像于斜平面直角坐標(biāo)系的三維圖像轉(zhuǎn)換到以順軌向x，交軌向y和高程向z為坐標(biāo)軸的傳統(tǒng)直角坐標(biāo)系中，但交軌向的坐標(biāo)值用斜距代替地距來表示。