[發明專利]一種基于三維網格投影的多角度SAR高程測量方法及系統

有效

• 申請號: 202011024260.4
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112179314B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 王志斌;張潤寧;張慶君;劉杰;匡輝;李真芳;周超偉;于海鋒;呂爭;李堃;徐明明
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01S13/90
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發明公開了一種基于三維網格投影的多角度SAR高程測量方法，該方法包括在多角度SAR圖像序列中選定主圖像；對主圖像中每一像素，搜索目標高程對多角度SAR圖像序列進行幾何配準，確定各輔圖像配準偏移量；根據配準偏移量獲取多角度SAR圖像序列；計算聯合相關系數，得到聯合相關系數隨目標高程的變化關系；通過優化使聯合相關系數取最大值時的搜索目標高程實現目標的高程測量。本發明能夠實現單軌多角度SAR目標高程信息獲取，可應用于軍事目標詳查、測繪等。

技術領域

本發明涉及一種基于三維網格投影的多角度SAR高程測量方法，屬于星載合成孔徑雷達探測技術領域。

背景技術

星載合成孔徑雷達具有全天時、全天候工作的特點，是空間對地觀測的一種有效手段。在單次過境期間，星載SAR系統利用波束方位掃描目標，掃描角度范圍可達±45°，觀測時間可達數百秒，可等效為利用三維曲線天線陣列對目標進行多方位角觀測以便獲取目標的三維幾何信息。利用多方位角觀測獲取的目標三維幾何信息可進一步用于對目標的超分辨率成像和高精度定位，實現場景精細化描述，具有重要的應用價值。

對于建立數字高程模型，通過對多角度SAR圖像序列成像幾何特性的分析可知，當SAR圖像間方位夾角比較大時幾何配準誤差對目標高程誤差非常敏感。因此可以先通過對方位夾角比較大的兩幅SAR圖像進行幾何配準，將兩幅SAR圖像精確配準的假定目標高程作為目標高程。如果可以精確判斷SAR圖像是否配準，則可以精確測量目標高程。在實測數據處理中常用的配準判據為SAR圖像間的相干系數或相關系數。由于多方位角SAR圖像間沒有相干性，因此采用SAR圖像間相關系數作為配準判據。然而當SAR圖像間方位夾角比較大時圖像間相關性比較低，利用相關系數作為配準判據配準精度非常差，導致高程測量精度非常差。

何峰等人在文章《曲線合成孔徑雷達三維成像研究的進展與展望》(文章編號：2095-283X(2015)02-0130-06)中利用最小化非線性最小二乘代價函數得到關于目標的3維特征，提出了RELAX算法、降維RELAX算法和自聚焦RELAX算法。然而該方法的不足之處是：該方法基于回波數據與散射目標系數間的傅里葉變換關系，通過3維FFT實現，但由于多角度SAR數據在高度維是稀疏的，通過傅里葉變換實現三維成像后，會存在模糊的現象。匡輝等人在文章《多方位角多基線星載SAR三維成像方法研究》(文章編號：2095-283X(2018)06-0685-11)中提出通過融合不同方位角下獲取的3維點云減少遮擋區域，提升星載SAR信息獲取能力。該方法的不足之處是：其需要多次航過信息，成本較高。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對SAR圖像間方位夾角比較大時利用相位信息無法得到高精度高程信息問題，提供一種基于三維網格投影的多角度SAR高程測量方法,利用多方位角觀測投影關系提取目標的真實高程。

本發明的技術解決方案是：

一種基于三維網格投影的多角度SAR高程測量方法，包括如下步驟：

(1)在多角度SAR圖像序列中選定主圖像；

(2)對主圖像中每一像素，搜索目標高程對多角度SAR圖像序列進行幾何配準，確定各輔圖像配準偏移量，并對各輔圖像進行插值處理獲取幾何配準后多角度SAR圖像序列；

(3)針對每一搜索目標高程，利用步驟(2)獲取的幾何配準后多角度SAR圖像序列，計算聯合相關系數，得到聯合相關系數隨搜索目標高程的變化；

(4)選擇使聯合相關系數取最大值時的搜索目標高程作為該目標的測量高程。

進一步的，對于多角度SAR圖像序列選擇方位角為0°時的SAR圖像作為主圖像。

進一步的，所述步驟(2)對主圖像中每一像素，搜索目標高程對多角度SAR圖像序列進行幾何配準，具體為：

(2.1)將主圖像像素劃分為參考格網點和非參考格網點；