專利名稱：一種提高線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)分辨率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)(LASAR)成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)(LASAR)是將線性陣列天線固定在運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)上，以合成二維平面陣列，并進(jìn)行三維成像的一種新型合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)目前單天線合成孔徑雷達(dá)不能實(shí)現(xiàn)的對(duì)三維地面進(jìn)行成像的能力，目前已成為合成孔徑雷達(dá)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明人了解以及已發(fā)表的文獻(xiàn)，例如J.Klare，A.Brenner，J.Ender，“A New Airborne Radarfor 3D Imaging-Image Formation using the ARTINO Principle-”，EUSAR，Dresden，Germany，2006.BASSEM R.MAHAFZA，MITCH SAJJADI“Three-dimensional SAR imaging using linear array in transverse motion”IEEEtransaction on aerospace and electronic system VOL 32，NO.1 JANUARY 1996，由于受到陣列天線長(zhǎng)度的限制，線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)獲得的圖像的切航跡分辨率一般小于沿航跡方向分辨率，為了提高線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)的分辨率，必須研究其相應(yīng)的分辨率融合技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明人了解，關(guān)于線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)分辨率融合方法，目前尚沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表的技術(shù)文獻(xiàn)。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)獲得的圖像的切航跡分辨率一般小于沿航跡方向分辨率的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)分辨率的方法，采用本發(fā)明的方法能夠得到正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá)融合后的高分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像。
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1、線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)(LASAR) 線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)(LASAR)是將線性陣列天線固定在運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)上，以合成二維平面陣列，并進(jìn)行三維成像的一種新型合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。詳見(jiàn)文獻(xiàn)R.Giret，H.Jeuland，P.Enert，“A Study of a 3D-SAR Concept for aMillimeter-Wave Imaging Radar onboard an UAV”，European Radar Conference，2004，pp 201-204.。由于受到陣列天線長(zhǎng)度的限制，線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)獲得的圖像的切航跡分辨率一般小于沿航跡方向分辨率。
定義2、線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像 線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像是指對(duì)線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后的得到的數(shù)據(jù)，其中包含了空間中不同位置處散射系數(shù)的分布。詳見(jiàn)文獻(xiàn)J.Klare，A.Brenner，J.Ender，“A New Airborne Radar for 3D Imaging-Image Formation using the ARTINO Principle-”，EUSAR，Dresden，Germany，2006。由線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像可以得到該圖像的長(zhǎng)度和寬度，分別記做P和Q。
定義3、正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá) 正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá)是指兩部線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)沿相互垂直的運(yùn)動(dòng)軌跡飛行，其軌跡方向分別記做x方向和y方向，合成孔徑雷達(dá)SAR-A的合成孔徑方向沿x方向，由合成孔徑雷達(dá)SAR-A所成的圖像在x方向有較高的分辨率，y方向?yàn)槔走_(dá)SAR-A的真實(shí)孔徑方向，y方向的分辨率較低。合成孔徑雷達(dá)SAR-B與之正好相反。其工作原理圖詳見(jiàn)附圖1，正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá)的工作過(guò)程詳見(jiàn)文獻(xiàn)J.Klare，A.Brenner，J.Ender，“ANew Airborne Radar for 3D Imaging-Image Formation using the ARTINO Principle-”，EUSAR，Dresden，Germany，2006。
定義4、x(y)方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像 利用正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá)可得到兩幅線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像，其中一幅線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像具有高y方向分辨率和低x方向分辨率，稱作x方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像，記做Gx；另外一幅線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像具有高x方向分辨率和低y方向分辨率，稱作y方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像，記做Gy。
定義5、一維離散小波分解與重構(gòu) 對(duì)于一維信號(hào)fj+1(n)，其快速正交小波變換關(guān)系如下 快速正交小波分解 其中，*表示卷積，n表示離散信號(hào)點(diǎn)。h(2n)和g(2n)表示對(duì)高分辨逼近信號(hào)進(jìn)行低通h(n)(高通g(n))濾波后進(jìn)行1/2采樣。g(n)為h(n)對(duì)應(yīng)的高通濾波器。
快速正交小波重建


上述公式的證明詳見(jiàn)文獻(xiàn)Stephane Mallat，“A Wavelet Tour of Signalprocessing”，[c]2nd ed.Chap.VII，Academic press Elsevier Pte Ltd，2003?？焖僬恍〔ㄗ儞Q可以用系統(tǒng)框圖的形式參見(jiàn)附圖2。
定義6、二維離散小波分解與重構(gòu) 一幅圖像fj+1(n1，n2)可以通過(guò)一下公式進(jìn)行離散小波分解 其中，*表示卷積。n1，n2分別表示二維圖像的橫維和縱維像素點(diǎn)。h(n)是低通濾波器，g(n)是對(duì)應(yīng)的高通濾波器。h(2n1)，h(2n2)分別表示對(duì)圖像橫維和縱維低通濾波后下采樣，g(2n1)，g(2n2)分別表示對(duì)圖像橫維和縱維高通濾波后下采樣。分解后

是原圖的低頻系數(shù)矩陣，


和

分別是水平，垂直和對(duì)角線方向的高頻系數(shù)矩陣。
利用上述系數(shù)小波重構(gòu)的方法為

其中



離散小波分解與重構(gòu)的流程見(jiàn)附圖3。離散小波分解與重構(gòu)的方法詳見(jiàn)StephaneMallat，“A Wavelet Tour of Signal processing”，[c]2nd ed.Chap.VII，Academic pressElsevier Pte Ltd，2003，pp.221-314 定義7，Meyer小波 Meyer小波是由低通濾波器

構(gòu)建而成。具體構(gòu)建方法詳見(jiàn)StephaneMallat，“A Wavelet Tour of Signal processing”，[c] 2nd ed.Chap.VII，Academic pressElsevier Pte Ltd，2003，

的表達(dá)式如下 本發(fā)明提供了一種提高線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)分辨率的方法，它包括以下幾個(gè)步驟 步驟1、獲得低分辨合成孔徑雷達(dá)圖像 利用正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá)得到x方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gx和y方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gy； 步驟2、對(duì)低分辨率圖像的高分辨率維進(jìn)行離散小波分解 采用Meyer小波，利用一維小波分解公式


首先對(duì)y方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gy進(jìn)行x方向一維離散小波分解，得到低頻系數(shù)矩陣

和水平方向高頻系數(shù)矩陣

然后對(duì)x方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gx進(jìn)行y方向一維離散小波分解，得到低頻系數(shù)矩陣

和垂直方向高頻系數(shù)矩陣

其中，n1、n2分別表示二維圖像的橫維和縱維像素素點(diǎn)；n1、n2的取值范圍取決于二維圖像的大小； 步驟3、利用步驟2中得到的小波系數(shù)進(jìn)行離散小波差值補(bǔ)零 利用低頻系數(shù)矩陣

水平方向高頻系數(shù)矩陣

和垂直方向高頻系數(shù)矩陣

按照公式


計(jì)算得到低頻系數(shù)矩陣

對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣

水平方向高頻系數(shù)矩陣

對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣

垂直方向高頻系數(shù)矩陣

對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣
步驟4、小波重構(gòu)得到融合圖像 利用步驟3中得到低頻系數(shù)矩陣

對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣

水平方向高頻系數(shù)矩陣

對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣

垂直方向高頻系數(shù)矩陣

對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣

通過(guò)二維小波重構(gòu)公式
計(jì)算得到分辨率融合后的高分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像

其中*表示卷積，n1，n2分別表示橫維和縱維方向的像素點(diǎn)，h(n1)，g(n1)表示橫維方向的低通和高通濾波，h(n2)，g(n2)表示縱維方向的低通和高通濾波。
經(jīng)過(guò)上述操作，即可得到正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá)融合后的高分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于針對(duì)線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)獲得的圖像的切航跡分辨率較低的問(wèn)題，采用兩部運(yùn)動(dòng)軌跡正交的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行成像，然后采用離散小波變換技術(shù)，將得到的兩幅圖像進(jìn)行融合，從而得到高分辨率的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像。本發(fā)明解決了線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)獲得的圖像的切航跡分辨率較低的問(wèn)題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用較短的陣列天線實(shí)現(xiàn)了線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)高分辨率成像。本發(fā)明可以應(yīng)用于合成孔徑雷達(dá)成像，地球遙感等領(lǐng)域。



圖1為正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá)工作原理圖 其中合成孔徑雷達(dá)SAR-A和合成孔徑雷達(dá)SAR-B分別表示正交運(yùn)動(dòng)的兩部線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)；合成孔徑雷達(dá)SAR-A和合成孔徑雷達(dá)SAR-B分別沿x和y方向運(yùn)動(dòng)。
圖2為一維信號(hào)小波分解與重構(gòu)的流程圖。其中(a)為分解圖，(b)為重構(gòu)圖。其中，“↓2”，表示1/2采樣“↑2”表示在奇數(shù)位補(bǔ)零.h表示低通濾波器，g表示高通濾波器。ai+1表示被分解的一維信號(hào)，ai表示分解后產(chǎn)生的低頻系數(shù)，di表示分解后產(chǎn)生的高頻系數(shù)。
圖3為二維圖像小波分解與重構(gòu)的流程圖。其中(a)為分解圖，(b)為重構(gòu)圖。其中，“↓2”表示1/2采樣，“↑2”表示在奇數(shù)位補(bǔ)零.。h表示低通濾波器，g表示高通濾波器。ai+1表示被分解的二維圖像，ai表示分解后產(chǎn)生的低頻系數(shù)矩陣，d1i表示分解后產(chǎn)生的水平高頻系數(shù)矩陣，d2i表示分解后產(chǎn)生的垂直高頻系數(shù)矩陣，d3i表示分解后產(chǎn)生的對(duì)角線方向高頻系數(shù)矩陣。
圖4為具體實(shí)施方式
中采用的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)原始圖像 圖中黑色矩形1、2、3、4分別表示四個(gè)可以互相區(qū)分的散射點(diǎn)。
圖5為具體實(shí)施方式
中采用的x方向低分辨線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像 圖中黑色矩形5、6分別表示由于x方向分辨率較低導(dǎo)致的x方向圖像的模糊。
圖6為具體實(shí)施方式
中采用的y方向低分辨線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像 圖中黑色矩形7、8分別表示由于y方向分辨率較低導(dǎo)致的y方向圖像的模糊。
圖7是采用本發(fā)明提供方法得到的圖像3和圖像4融合后線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像 矩形9、10、11、12分別表示采用本發(fā)明后得到的四個(gè)可以相互區(qū)分的散射點(diǎn)。從圖4、5、6、7可以看出，本發(fā)明提出的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)分辨率融合方法可以提高線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像的分辨率。
圖8是本發(fā)明的流程框圖
具體實(shí)施例方式 本發(fā)明主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在MATLAB7.0上驗(yàn)證正確。具體實(shí)施步驟如下 步驟1、對(duì)低分辨率圖像的高分辨率維進(jìn)行離散小波分解 用Meyer小波基，對(duì)x方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gx進(jìn)行y方向一維離散小波分解，得到低頻系數(shù)矩陣

和水平方向高頻系數(shù)對(duì)

對(duì)y方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gy進(jìn)行x方向一維離散小波分解，得到低頻系數(shù)矩陣

和垂直方向高頻系數(shù)對(duì)
步驟2、小波重構(gòu)得到融合圖像 用步驟1中得到系數(shù)矩陣

進(jìn)行離散小波重構(gòu)，得到融合后的圖像
通過(guò)本發(fā)明具體實(shí)施方式
可以看出，本發(fā)明所提供線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)分辨率融合方法能夠?qū)煞鶊D像進(jìn)行融合，從而得到高分辨率的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像。
權(quán)利要求
1、一種基于離散小波變換的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)分辨率融合方法，其特征是它包括以下步驟
步驟1、獲得低分辨合成孔徑雷達(dá)圖像
利用正交軌跡三維成像合成孔徑雷達(dá)得到x方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gx和y方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gy；
步驟2、對(duì)低分辨率圖像的高分辨率維進(jìn)行離散小波分解
采用Meyer小波，利用一維小波分解公式
首先對(duì)y方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gy進(jìn)行x方向一維離散小波分解，得到低頻系數(shù)矩陣
和水平方向高頻系數(shù)矩陣
然后對(duì)x方向低分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像Gx進(jìn)行y方向一維離散小波分解，得到低頻系數(shù)矩陣
和垂直方向高頻系數(shù)矩陣
其中，n1、n2分別表示二維圖像的橫維和縱維像素素點(diǎn)；n1、n2的取值范圍取決于二維圖像的大??；
步驟3、利用步驟2中得到的小波系數(shù)進(jìn)行離散小波差值補(bǔ)零
利用低頻系數(shù)矩陣
水平方向高頻系數(shù)矩陣
和垂直方向高頻系數(shù)矩陣
按照公式
計(jì)算得到低頻系數(shù)矩陣
對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣
水平方向高頻系數(shù)矩陣
對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣
垂直方向高頻系數(shù)矩陣
對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣
步驟4、小波重構(gòu)得到融合圖像
利用步驟3中得到低頻系數(shù)矩陣
對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣
水平方向高頻系數(shù)矩陣
對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣
垂直方向高頻系數(shù)矩陣
對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣
通過(guò)二維小波重構(gòu)公式
計(jì)算得到分辨率融合后的高分辨率線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像
其中*表示卷積，n1，n2分別表示橫維和縱維方向的像素點(diǎn)，h(n1)，g(n1)表示橫維方向的低通和高通濾波，h(n2)，g(n2)表示縱維方向的低通和高通濾波。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)分辨率融合方法，它是通過(guò)采用兩部運(yùn)動(dòng)軌跡正交的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行成像，然后采用離散小波變換技術(shù)，將得到的兩幅圖像進(jìn)行融合，從而得到高分辨率的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用較短的陣列天線實(shí)現(xiàn)了線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)高分辨率成像，解決了線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)獲得的圖像的切航跡分辨率較低的問(wèn)題。本發(fā)明可以廣泛用于合成孔徑雷達(dá)成像、地球遙感、地質(zhì)測(cè)繪等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01S13/00GK101666879SQ20081004597
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者張曉玲, 齊文元, 君 師 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)