專利名稱：一種基于后向投影算法的動(dòng)基線干涉sar基線補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及了合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)是一種能后實(shí)現(xiàn)地面高分辨率、高精度三維測(cè)繪的重要的遙感技術(shù)，是微波傳感器中發(fā)展最為迅速和最有效的傳感器之一。干涉合成孔徑雷達(dá)在軍事、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)研究中有著極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。干涉SAR是在SAR基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種干涉測(cè)量技術(shù),它通過對(duì)多個(gè)接收天線觀測(cè)得到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉處理，獲得地面高程圖(DEM)。干涉SAR有兩種工作模式重復(fù)軌道干涉和雙天線干涉。由于重復(fù)軌道模式帶來(lái)了時(shí)間去相關(guān)和多普勒偏移去相關(guān)，使得干涉復(fù)圖像相關(guān)性大大減小，從而降低了干涉圖的質(zhì)量。雙天線單航過干涉SAR系統(tǒng)具·有更高的高程測(cè)量精度，在地形測(cè)繪等中得到廣泛的應(yīng)用，本發(fā)明中采用雙天線單航過模式。構(gòu)建穩(wěn)定的基線是保證雙天線干涉SAR系統(tǒng)高程測(cè)量精度的關(guān)鍵，然而在干涉SAR系統(tǒng)工作期間的基線抖動(dòng)是難以避免的，如文獻(xiàn)WANG Bingnan7ZHANG Fan，XIANG Maosheng,“Influence of baseline oscillations on SAR interferometric phase” 中所提至Ij的基線抖動(dòng)給干涉SAR回波信號(hào)帶來(lái)運(yùn)動(dòng)誤差，不僅影響輔圖像成像質(zhì)量，更重要的是帶來(lái)干涉相位誤差，降低干涉圖質(zhì)量，影響干涉測(cè)量精度。在利用傳統(tǒng)后向投影方法(BP)對(duì)干涉SAR進(jìn)行成像處理時(shí)，由于基線抖動(dòng)造成主、輔天線運(yùn)動(dòng)軌跡不同，輔圖像成像質(zhì)量下降，干涉圖質(zhì)量下降，并且由于基線隨著方位向時(shí)刻不同而不同，在利用基線進(jìn)行InSAR高程反演時(shí)，造成基線選擇問題，所以必須解決上述問題才能保證干涉SAR系統(tǒng)測(cè)高精度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決動(dòng)基線(基線抖動(dòng))下干涉合成孔徑雷達(dá)成像處理中輔圖像成像質(zhì)量下降，干涉圖質(zhì)量下降，高程反演基線選取等問題，本發(fā)明提供了一種基于后向投影算法的動(dòng)基線干涉合成孔徑雷達(dá)相位補(bǔ)償方法，采用本發(fā)明的方法能夠獲得比傳統(tǒng)的成像方法更高的測(cè)量精度。為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語(yǔ)定義定義I、干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)是在SAR基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種干涉測(cè)量技術(shù)，它通過對(duì)多個(gè)接受天線觀測(cè)得到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉處理，獲得地面高程圖。定義2、干涉合成孔徑雷達(dá)主天線、輔天線干涉合成孔徑雷達(dá)的主天線為即發(fā)射又接收的一個(gè)天線，而輔天線為只接收不發(fā)射的一個(gè)天線。定義3、合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法是指利用合成孔徑雷達(dá)發(fā)射參數(shù)，采用以下公式生成參考信號(hào)，并采用匹配濾波技術(shù)對(duì)合成孔徑雷達(dá)的距離向信號(hào)進(jìn)行濾波的過程。
權(quán)利要求
1. 一種基于后向投影算法的動(dòng)基線干渉合成孔徑雷達(dá)相位補(bǔ)償方法，其特征是它包含以下幾個(gè)步驟 步驟I、初始化動(dòng)基線干涉合成孔徑雷達(dá)成像系統(tǒng)參數(shù) 初始化成像系統(tǒng)參數(shù)包括平臺(tái)速度矢量，記做P,平臺(tái)主、輔天線初始位置矢量，記做P02 ,場(chǎng)景中心位置矢量，記做ー個(gè)合成孔徑時(shí)間內(nèi)橫滾抖動(dòng)角度、偏航角度分別記做 α (η) = [ α ” α 2，· · ·，a J，a ’(n) = [ a ' 1； α ' 2, . . . , a 1 J，α i 為 η = I 時(shí)的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)，α 2為η = 2時(shí)的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)，α Ν為η = N時(shí)的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)，其中，η為方位時(shí)刻，η的取值范圍是η = 1，2，. . .，N，N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)；雷達(dá)載波頻率，記做も；基線長(zhǎng)度，記做J ;雷達(dá)發(fā)射基帶信號(hào)的信號(hào)帶寬，記做B，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度，記做Τρ，雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率，記做f。；雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率，記做PRF ;天線長(zhǎng)度，記做D ;雷達(dá)的合成孔徑長(zhǎng)度，記做L ;雷達(dá)主、輔天線回波數(shù)據(jù)分別記做/.)i、/.)2 :上述參數(shù)均為干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，其中，雷達(dá)載波頻率も，基線長(zhǎng)度J，雷達(dá)發(fā)射基帶信號(hào)的信號(hào)帶寬B，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度Tp，雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率f。，天線長(zhǎng)度D，雷達(dá)的合成孔徑長(zhǎng)度L，雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率PRF干渉合成孔徑雷達(dá)設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)確定；其中，平臺(tái)速度矢量p ，平臺(tái)初始位置矢量g ,場(chǎng)景中心位置矢量(3,ー個(gè)合成孔徑時(shí)間內(nèi)姆一方位向時(shí)刻抖動(dòng)角度α (η) = [ α η α 2，. . .，α Ν]，α ’(η)=[α ' ι, α ' 2, . . .，α ' J ,其中η = 1，2，. . .，N,雷達(dá)主、輔天線回波數(shù)據(jù)/) D2在干涉合成孔徑雷達(dá)觀測(cè)方案設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定；根據(jù)干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)方案和干渉合成孔徑雷達(dá)觀測(cè)方案，動(dòng)基線干渉合成孔徑雷達(dá)快速成像方法需要的初始化成像系統(tǒng)參數(shù)均為已知； 步驟2、回波數(shù)據(jù)距離壓縮 采用傳統(tǒng)合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對(duì)步驟I中的合成孔徑雷達(dá)主、輔天線回波數(shù)據(jù)D1、D2進(jìn)行距離壓縮，得到距離壓縮后的主、輔天線合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，記做E1 、 E1 步驟3、計(jì)算橫滾角基線補(bǔ)償因子 根據(jù)步驟I可知ー個(gè)合成孔徑時(shí)間內(nèi)橫滾抖動(dòng)角度，記做α (η)=[α ι, α 2，. . .，α Ν],其中，η為方位時(shí)刻，η的取值范圍是η = I, 2, . . . , N, N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)；α ι為η = I時(shí)的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)，α 2為η = 2時(shí)的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)，α Ν為η = N時(shí)的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)；對(duì)任意ー個(gè)方位時(shí)刻η，根據(jù)余弦定理，有i ,("，/；,) =Ri 丨("，/；,) - 2JR, (n, P01)sin(a /2)cos(0 -a J 2.)(I) 其中足表示成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)，€的距離表示橫滾角抖動(dòng)的主天線到成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)^的距離，^li(〃，ベ)表示沒有橫滾角抖動(dòng)的主天線到成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)/^的距離，J表不基線長(zhǎng)度，α n表不方位時(shí)刻η的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)，Θ為場(chǎng)景中心入射角，η為方位時(shí)刻，η的取值范圍是η = 1，2，. . .，N，N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)；；對(duì)任意ー個(gè)方位時(shí)刻η,根據(jù)余弦定理,有R2("，I),) =Ri2Oh P0,) - UR2 ("，P1.,,)sin( a J2)cos(./r - θ +a J 2)、2) 其中€表示成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)，€的距離表示存在橫滾角抖動(dòng)的輔天線到成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)€的距離，表示沒有橫滾角抖動(dòng)的輔天線到成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)€的距離，J表示基線長(zhǎng)度，α η表示方位時(shí)刻η的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)，Θ為場(chǎng)景中心入射角，η為方位時(shí)刻； 7《!1(",ゾう,,)+ゾぐ2("ノ W) ](_ヽ K Ah +R2(HJii) 根據(jù)式(3)，將式(I)減去式(2)得到橫滾角基線補(bǔ)償因子X(n) = 2Jsin(an/2)cos( θ-αη/2) 其中η為方位時(shí)刻，J表示基線長(zhǎng)度，a n表示方位時(shí)刻η的橫滾抖動(dòng)角度度數(shù)，Θ為場(chǎng)景中心入射角；對(duì)于第一個(gè)方位向，得到橫滾角基線補(bǔ)償因子為X(I)，對(duì)于第二個(gè)方位向得到橫滾角基線補(bǔ)償因子為X (2)，..，對(duì)于第η個(gè)方位時(shí)刻得到橫滾角基線補(bǔ)償因子為X(η)，對(duì)于所有的方位時(shí)刻得到橫滾角基線補(bǔ)償因子序列:^，η = 1，2，. . .，N，N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)； 步驟4、計(jì)算偏航角基線補(bǔ)償因子 根據(jù)步驟1，一個(gè)散射點(diǎn)合成孔徑內(nèi)有N個(gè)方位向，偏航抖動(dòng)角度度數(shù)序列為a’ (η)=[a /2，...，a' N]，其中η = 1，2，. . .，N，N為正整數(shù)，N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)；a ' ι為η = I時(shí)的偏航抖動(dòng)角度度數(shù)，a ' 2為η = 2時(shí)的偏航抖動(dòng)角度度數(shù)，Ν*η = Ν時(shí)的偏航抖動(dòng)角度度數(shù)；對(duì)任意ー個(gè)方位時(shí)刻η，根據(jù)余弦定理，有Ati ("，P0,) = R'',(/人 I),) — UR1 (/ν,Ρω)sin( , /2)sin( : /2)sin(θ)(4) 其中芝表示成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)/的距離足)表示偏航角抖動(dòng)的主天線到成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)€的距離，表示沒有偏航角抖動(dòng)的主天線到成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)€的距離，J表示基線長(zhǎng)度，a' n表示方位時(shí)刻η的偏航抖動(dòng)角度度數(shù)，Θ為場(chǎng)景中心入射角，η為方位時(shí)刻； 對(duì)任意ー個(gè)方位時(shí)刻η,根據(jù)余弦定理,有 R2 {ri, P1..,) ニ Rl2Oi, Ptv) + UR2 (", Piv) sin(び,,/ 2) sin(6^ / 2) sin( θ)( 5 ) 其中芝表示成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)，芝的距離表示偏航角抖動(dòng)的輔天線到成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)€的距離，Rn(n.. Jl)表示沒有偏航角抖動(dòng)的輔天線到成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)￡的距離，J表示基線長(zhǎng)度，a' n表示方位時(shí)刻η的偏航抖動(dòng)角度度數(shù)，Θ為場(chǎng)景中心入射角，η為方位時(shí)刻； K1.1，I'J+ ノ《12(",パ..,) I(6) ル("尤)+ ^("尤)根據(jù)式(6)，將式(4)減去式(5)得偏航角基線補(bǔ)償因子Y(n) = 2Jsin( α ' n/2)sin(a ; n/2) sin( Θ ) 其中n為方位時(shí)刻，J表示基線長(zhǎng)度，a，n表示方位時(shí)刻η的偏航角抖動(dòng)角度度數(shù)，Θ為場(chǎng)景中心入射角；對(duì)于第一個(gè)方位向，得到偏航角基線補(bǔ)償因子為Y(I)，對(duì)于第二個(gè)方位向得到偏航角基線補(bǔ)償因子為Y (2)，..，對(duì)于第η個(gè)方位時(shí)刻得到偏航角基線補(bǔ)償因子為Y (η)，對(duì)于所有的方位時(shí)刻得到偏航角基線補(bǔ)償因子序列■，n = I,2,...,N,N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)； 步驟5、計(jì)算主、輔天線距離史 對(duì)成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)^，選取方位時(shí)刻n，得到主天線距離史ZR1 ( ，足),其中 ノ{j表示主天線在方位時(shí)刻η到散射點(diǎn)ち的距離； 對(duì)成像場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn):^，選取方位時(shí)刻η，得到輔天線距離史RlInjPJ+ R2(n,PJ，其中表示主天線在方位時(shí)刻η到散射點(diǎn)邑的距離,ち(《，芑)表示輔天線在方位時(shí)刻η到散射點(diǎn)匕的距離； 步驟6、距離壓縮后數(shù)據(jù)插值、重采樣 根據(jù)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)辛格插值重采樣的方法，得到ー個(gè)窗長(zhǎng)為Wtl的辛格函數(shù)"、 .,、sin(；Tjr)IiA X) = s i n c\ .Y)=-;——- πχ 在方位時(shí)刻η，根據(jù)步驟5中的主天線距離史及傳統(tǒng)干涉合成孔徑雷達(dá)后向投影成像方法(ΒΡ)，從步驟2中的主天線回波數(shù)據(jù)五,中取出窗長(zhǎng)為Wtl的數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)辛格插值方法對(duì)取出后長(zhǎng)度為Wtl的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到主天線插值重采樣后的數(shù)據(jù)C1b，η為方位時(shí)刻； 在方位時(shí)刻η，根據(jù)步驟5中的輔天線距離史及傳統(tǒng)干渉合成孔徑雷達(dá)后向投影成像方法(ΒΡ)，從步驟2中的輔天線回波數(shù)據(jù)五2中取出窗長(zhǎng)為Wtl的數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)辛格插值方法對(duì)取出后長(zhǎng)度為Wtl的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到輔天線插值重采樣后的數(shù)據(jù)C2n ,η為方位時(shí)刻； 對(duì)于第一個(gè)方位時(shí)刻，得到插值重采樣后的主天線數(shù)據(jù)C11、輔天線數(shù)據(jù)( 對(duì)于第二個(gè)方位時(shí)刻，得到插值重采樣后的主天線數(shù)據(jù)C12、輔天線數(shù)據(jù)C22 ； 對(duì)于第η個(gè)方位時(shí)刻，得到插值重采樣后的主天線數(shù)據(jù)Cln、輔天線數(shù)據(jù)C2n ； 對(duì)于所有的慢時(shí)間，得到插值重采樣后的主天線數(shù)據(jù)序列Cln，(η = 1，2，...，Ν)、輔天線數(shù)據(jù)序列C2n, (η = 1，2，. . .，N)，N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)； 步驟7、主天線插值重采樣后數(shù)據(jù)沿慢時(shí)間相干求和 主天線和輔天線的相位補(bǔ)償因子均為Κ(η)，K (η)的計(jì)算公式為K(n) = exp {2t^c』及1，其中ザ(^ )為王天線對(duì)應(yīng)的距尚史，η = I, 2,. . . , N, N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)，f。為雷達(dá)采樣頻率，c為光速； 在方位時(shí)刻n，將步驟6中所得到的插值重采樣后的數(shù)據(jù)Cln與主天線的相位補(bǔ)償因子K (η)相乘，得到相位補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)^^，對(duì)于第一個(gè)方位時(shí)刻，得到補(bǔ)償后數(shù)據(jù)為J11 ;對(duì)于第ニ個(gè)方位時(shí)刻，得到補(bǔ)償后數(shù)據(jù)為為2 ;對(duì)于第N個(gè)方位時(shí)刻，得到補(bǔ)償后數(shù)據(jù)為Jw ;最終得到所有方位時(shí)刻的補(bǔ)償后數(shù)據(jù)序列Aln, η = I, 2,... ,N, N為ー個(gè)合成孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)，對(duì)于ー個(gè)散射點(diǎn)I，把所有方位時(shí)刻相位補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)相加得到一個(gè)散射點(diǎn)匕的主天線成像數(shù)據(jù)Αη+Α12+. · · +Aln+. · · +Ain ； 步驟8、輔天線插值重采樣后數(shù)據(jù)沿慢時(shí)間相干求和 主天線和輔天線的相位補(bǔ)償因子均為Κ(η)，K (η)的計(jì)算公式為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于后向投影算法的動(dòng)基線干涉合成孔徑雷達(dá)相位補(bǔ)償方法，由于基線隨著平臺(tái)運(yùn)動(dòng)而改變，對(duì)輔天線進(jìn)行多普勒相位補(bǔ)償和相干累加時(shí)存在誤差，這樣會(huì)造成輔天線SAR圖像的散焦。本發(fā)明通過對(duì)合成孔徑內(nèi)每一個(gè)方位向乘以一個(gè)補(bǔ)償因子，使其等效為基線不動(dòng)的情況，這樣在進(jìn)行相干累加時(shí)就可以很好的使圖像聚焦，將干涉相位圖等效為基線不動(dòng)下的干涉相位圖。采用本發(fā)明的方法能夠獲得比傳統(tǒng)的成像方法更高的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102854506SQ20121033218
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者張曉玲, 郝偉 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)