專利名稱：一種保相的機(jī)載干涉sar地形高度自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)(SAR)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、SAR干涉高程測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是機(jī)載SAR數(shù)據(jù)處理中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。載機(jī)由于受氣流影響而偏離理想的水平勻速直線飛行狀態(tài)，需要利用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在SAR成像處理過(guò)程中予以補(bǔ)償，從而恢復(fù)SAR回波之間的相干性，得到包含正確相位信息并且良好聚焦的SAR復(fù)圖像。常規(guī)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法(參考文獻(xiàn)[I]:A.Moreira and Y.Huang, “Airborne SAR processingof highly squinted data using a chirp scaling approach with integrated motioncompensation，，，IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing, vol.32, n0.5, pp.1029-1040, Sept.1994)需要選定某一參考平面并按此平面進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。這種近似處理方式可以滿足傳統(tǒng)單天線機(jī)載SAR系統(tǒng)的SAR圖像聚焦要求。而對(duì)于機(jī)載SAR干涉地形高程測(cè)量來(lái)說(shuō)，由于對(duì)干涉相位具有較高的精度要求，這種近似所引起的SAR復(fù)圖像相位誤差將嚴(yán)重降低地形高程的干涉測(cè)量精度(由于雙航過(guò)機(jī)載InSAR兩通道所經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)誤差之間無(wú)任何相關(guān)性，因此該影響更為嚴(yán)重)，因此常規(guī)的基于參考平面的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法將不再適用。常用的考慮地形起伏的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法需要借助于照射場(chǎng)景的外部地形高程數(shù)據(jù)(參見文獻(xiàn)[2]:P.Prats, K.A.C.Macedo, A.Reigber, R.Scheiber, andJ.J.Mallorqui, “Comparison of Topography-and Aperture-Dependent MotionCompensation Algorithmsfor Airborne SAR，，，IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, Vol.4，N0.3，pp.349-353，July2007)。而一般情況下并無(wú)外部地形高程數(shù)據(jù)可資利用，因此這種方法的實(shí)用性較差。另一種考慮地形起伏的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法是將兩個(gè)通道的SAR數(shù)據(jù)在成像處理過(guò)程按照相同的參考運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行補(bǔ)償(參見文獻(xiàn)[3]:D.R.Stevens, 1.G.Cumming, and A.L.Gray: “Options for Airborne Interferometric SAR MotionCompensation，，，IEEE Transactionson Geoscience and Remote Sensing, Vol.33, N0.2, pp.409-420, Mar.2007)。這種方法不需要借助外部地形高程數(shù)據(jù)，但與傳統(tǒng)的兩通道分別按照各自參考軌跡進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償方式相比，在兩通道按照同一參考軌跡進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)必將導(dǎo)致某一通道(或同時(shí)兩通道)的運(yùn)動(dòng)誤差幅度提高，進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償精度降低，限制了該方法的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于已有諸方法的局限性，本發(fā)明提出了一種保相的機(jī)載干涉SAR地形高度自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，能夠從本質(zhì)上消除未知地形起伏對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償精度的影響。該保相的機(jī)載干涉SAR地形高度自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，包括以下步驟:第一步:對(duì)干涉SAR兩通道數(shù)據(jù)分別利用單天線SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，得到干涉復(fù)圖像對(duì)；第二步:對(duì)每個(gè)復(fù)圖像進(jìn)行逆向相位補(bǔ)償，在保證SAR圖像聚焦效果的情況下，將復(fù)圖像中每個(gè)像素的相位信息恢復(fù)至與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的天線相位中心軌跡相對(duì)應(yīng)；第三步:進(jìn)行復(fù)圖像配準(zhǔn)、干涉相位提取、去平地相位以及相位展開，得到無(wú)纏繞的干涉相位圖；第四步:計(jì)算第一通道SAR復(fù)圖像各像素對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前斜距值；第五步:根據(jù)兩通道天線相位中心軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的干涉基線位置、基線長(zhǎng)度及基線傾角；第六步:根據(jù)第三、四、五步的計(jì)算結(jié)果，使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的干涉相位、斜距值、干涉基線位置、基線長(zhǎng)度以及基線傾角進(jìn)行干涉計(jì)算，至此完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明與高精度載機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)以及高精度運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法相結(jié)合，在機(jī)載干涉SAR數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用能夠顯著提高干涉復(fù)圖像對(duì)的相位精度，進(jìn)而提高地形高程干涉測(cè)量精度。


圖1為單天線機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償示意圖；圖2為機(jī)載干涉SAR干涉處理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì) 本發(fā)明作進(jìn)一步介紹。本實(shí)施例中的方法基于以下假設(shè):在參考平面基礎(chǔ)上的未知地形起伏所造成的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償誤差對(duì)SAR復(fù)圖像聚焦效果的影響很小，可以忽略不計(jì)，而對(duì)于SAR復(fù)圖像每個(gè)像素點(diǎn)相位的影響需要進(jìn)行合理的補(bǔ)償。以圖1的單天線機(jī)載SAR系統(tǒng)中對(duì)一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償為例，參考平面以上高度為hP的目標(biāo)P的回波在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)將按照目標(biāo)Ptl的照射幾何進(jìn)行補(bǔ)償，其中目標(biāo)Ptl位于參考平面上，且與目標(biāo)P到天線相位中心實(shí)際位置A的距離相同(R1)15因此，(忽略導(dǎo)航誤差、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法誤差以及hP所造成的SAR圖像散焦)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償相位為θρ = -4π (R2-R1)/入，其中入為系統(tǒng)波長(zhǎng)。在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之后目標(biāo)P在SAR復(fù)圖像中的相位為辦=-
而目標(biāo)P在考慮高度hP的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之后的相位應(yīng)為Φ = ~4π111 λ.因此常規(guī)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償
方法將對(duì)目標(biāo)P的復(fù)圖像相位造成相位誤差價(jià)=1^(4 -兄)//1，進(jìn)而導(dǎo)致干涉測(cè)量誤差。本發(fā)明對(duì)目標(biāo)P的復(fù)圖像進(jìn)行相位Θ P逆向補(bǔ)償，在不破壞聚焦效果的情況下，將目標(biāo)P的復(fù)圖像相位由φΡ恢復(fù)為Φρ = -^R11 λ，該相位精確對(duì)應(yīng)于天線相位中心實(shí)際位置Α。在機(jī)載干涉SAR數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，可以按照以上方法對(duì)兩個(gè)通道SAR數(shù)據(jù)進(jìn)行以上補(bǔ)償操作，得到對(duì)應(yīng)于天線相位中心實(shí)際軌跡的復(fù)圖像對(duì)。根據(jù)天線相位中心的實(shí)際軌跡計(jì)算干涉基線的位置、長(zhǎng)度及傾角，之后可以根據(jù)以上結(jié)果進(jìn)行干涉計(jì)算，從而避免了未知地形起伏對(duì)干涉高程測(cè)量精度的影響。
在不考慮方位向中心頻率以及兩干涉通道方位向相對(duì)平移的情況下，機(jī)載干涉SAR地形高度自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法的具體步驟是:步驟一:對(duì)干涉SAR兩通道數(shù)據(jù)分別利用常規(guī)單天線SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法(如兩步算法)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，得到干涉復(fù)圖像對(duì)。其中對(duì)每個(gè)復(fù)圖像的方位向相位補(bǔ)償操作可表示為:
權(quán)利要求
1.保相的機(jī)載干涉SAR地形高度自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于，包括以下步驟:第一步:對(duì)干涉SAR兩通道數(shù)據(jù)分別利用單天線SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，得到干涉復(fù)圖像對(duì)； 第二步:對(duì)每個(gè)復(fù)圖像進(jìn)行逆向相位補(bǔ)償，在保證SAR圖像聚焦效果的情況下，將復(fù)圖像中每個(gè)像素的相位信息恢復(fù)至與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的天線相位中心軌跡相對(duì)應(yīng)； 第三步:進(jìn)行復(fù)圖像配準(zhǔn)、干涉相位提取、去平地相位以及相位展開，得到無(wú)纏繞的干涉相位圖； 第四步:計(jì)算第一通道SAR復(fù)圖像各像素對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前斜距值； 第五步:根據(jù)兩通道天線相位中心軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的干涉基線位置、基線長(zhǎng)度及基線傾角； 第六步:根據(jù)第三、四、五步的計(jì)算結(jié)果，使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的干涉相位、斜距值、干涉基線位置、基線長(zhǎng)度以及基線傾角進(jìn)行干涉計(jì)算，至此完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種保相的機(jī)載干涉SAR地形高度自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，能夠從本質(zhì)上消除未知地形起伏對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償精度的影響。第一步對(duì)干涉SAR兩通道數(shù)據(jù)分別利用單天線SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，得到干涉復(fù)圖像對(duì)；第二步對(duì)每個(gè)復(fù)圖像進(jìn)行逆向相位補(bǔ)償，將復(fù)圖像中每個(gè)像素的相位信息恢復(fù)至與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的天線相位中心軌跡相對(duì)應(yīng)；第三步進(jìn)行復(fù)圖像配準(zhǔn)、干涉相位提取、去平地相位以及相位展開，得到無(wú)纏繞的干涉相位圖；第四步計(jì)算第一通道SAR復(fù)圖像各像素對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前斜距值；第五步根據(jù)兩通道天線相位中心軌跡數(shù)據(jù)計(jì)算運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的干涉基線位置、基線長(zhǎng)度及基線傾角；第六步使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的干涉相位、斜距值、干涉基線位置、基線長(zhǎng)度以及基線傾角進(jìn)行干涉計(jì)算。
文檔編號(hào)G01S13/90GK103197316SQ20131009972
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者孟大地, 仇曉蘭, 胡東輝, 丁赤飚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所