[發明專利]一種SAR差分層析方法及裝置

在審

• 申請號: 201910246936.5
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109828272A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 聶鼎;黃然;周仿榮;趙現平;沈志;方明;馬儀
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本發明公開了一種SAR差分層析方法及裝置，通過雷達對鐵塔進行觀測，獲取鐵塔SAR的原始回波；對原始回波進行距離和方位的壓縮，獲得復數SAR影像上的觀測矩陣；將觀測矩陣分解為高度矩陣和形變速度矩陣；通過二維稀疏重構算法分別對高度矩陣和形變速度矩陣進行二維信息稀疏重構，得到重構高度矩陣和重構形變速度矩陣；根據重構高度矩陣和重構形變速度矩陣，獲取鐵塔強散射點信息。本發明通過對鐵塔SAR的原始回波進行處理，結合二維稀疏重構算法對高度矩陣和形變速度矩陣進行重構，最后得到鐵塔強散射點信息，解決現有技術中提取鐵塔高度和形變速率所面臨的計算量大的問題，推動衛星遙感技術在輸電線路鐵塔形變監測中的實用化進程。

技術領域

本發明涉及分析及測量控制技術領域，尤其涉及一種SAR差分層析方法及裝置。

背景技術

輸電鐵塔是輸電線路的重要組成部分，其運行狀態決定著電力系統的穩定和安全。因此，需要高效實時地監測輸電鐵塔的三維影像信息，對其穩定性進行評估，從而進行預警及處置。傳統的合成孔徑雷達(SAR)技術雖然能夠不受云霧、雨雪等條件的限制，對目標進行全天候、全天時的監測，但由于SAR影像中每個像素點是具有相同距離的所有散射點散射系數的疊加，因此存在圓柱對稱模糊和疊掩問題，對目標的識別和提取造成了很大的困難。另外，傳統的SAR技術需要通過相位解纏獲取真實相位，復雜的解纏過程增加了提取信息的難度和誤差。SAR差分層析技術可以在高度維進行孔徑合成成像，利用空間頻譜差異區分了同名像素內的不同散射點，解決疊掩問題，實現鐵塔方位-距離-高度-形變速率的四維成像。

用于鐵塔的高度維的重建信息是多次重復軌SAR影像同名像素點的幅度和相位，由于重復軌SAR影像的數量有限，與高度維對應的信號采樣率遠低于奈奎斯特采樣率，傳統的譜估計方法如傅里葉變換在SAR差分層析成像中只能得到較低的分辨率且旁瓣高。對于輸電鐵塔目標，在同名像素內通常僅存在少數強散射點，因此近年來壓縮感知理論的提出為解決上述的問題提供了一個很好的思路。目前基于壓縮感知理論的一維稀疏成像算法在雷達成像中研究較為廣泛，該方法將原本二維成像矩陣重拍為一維矩陣，然后利用匹配追蹤算法(OMP)、壓縮采樣匹配追蹤算法(CoSaMP)和分段正交匹配追蹤算法(StOMP)等壓縮感知的算法對信號進行重構成像。但是二維矩陣重拍為一維矩陣造成的矩陣長度過大，運算量也會增大。

因此，如何使得成孔徑雷達差分層析成像運算量減小，成為本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明提供了一種SAR差分層析方法及裝置，以解決現有技術中提取鐵塔高度和形變速率時所面臨的計算量大的問題。

第一方面，本發明提供了一種SAR差分層析方法，包括以下步驟：

通過雷達對鐵塔進行觀測，獲取鐵塔SAR的原始回波；

對所述原始回波進行距離和方位的壓縮，獲得復數SAR影像上的觀測矩陣；

將所述觀測矩陣分解為高度矩陣和形變速度矩陣；

通過二維稀疏重構算法分別對所述高度矩陣和所述形變速度矩陣進行二維信息稀疏重構，得到重構高度矩陣和重構形變速度矩陣；

根據所述重構高度矩陣和所述重構形變速度矩陣，獲取鐵塔強散射點信息。

可選擇地，所述高度矩陣與所述形變速度矩陣為相乘結構。

可選擇地，所述二維稀疏重構算法為二維平滑0階范數約束優化算法。

可選擇地，所述原始回波的個數為若干個，每個所述原始回波對應一個所述復數SAR影像。

可選擇地，所述觀測矩陣包括垂直基線下對應的觀測矩陣和時間基線下對應的觀測矩陣。

第二方面，本發明還提供了一種SAR差分層析裝置，包括：原始回波獲取單元、觀測矩陣獲取單元、矩陣分解單元、重構單元和信息獲取單元，其中：