一種地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法，其包括：步驟1，選取GEO?SAR獲取干涉數(shù)據(jù)的軌道，采集軌道上的干涉數(shù)據(jù)；步驟2，根據(jù)步驟1獲得的干涉數(shù)據(jù)利用BP算法進(jìn)行GEO?SAR成像處理；步驟3，根據(jù)經(jīng)步驟2處理后的GEO?SAR圖像建立GEO干涉模型，當(dāng)相位矢量與成像平面分離時(shí)，根據(jù)GEO干涉模型進(jìn)行GEO?SAR干涉高程反演。本發(fā)明的高程反演方法通過(guò)建立合理的GEO?SAR干涉模型，實(shí)現(xiàn)有效相位矢量與成像平面分離情況下的高程反演處理，解決了GEO?SAR干涉處理的高程反演的核心問(wèn)題——有效相位矢量與成像平面分離問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了任意位置處利用GEO?SAR干涉處理的高程反演。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種全天候、全天時(shí)的高分辨率微波遙感成像雷達(dá)，可安裝在飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等飛行平臺(tái)上。自上世紀(jì)50年代發(fā)明以來(lái)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域取得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，例如災(zāi)害控制、植被分析、微波遙感等領(lǐng)域。地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)(GEO SAR)是運(yùn)行在36000km高度地球同步橢圓軌道上的SAR衛(wèi)星。相比于低軌SAR(LE0SAR，軌道高度低于IOOOKm)而言，GEO SAR具有成像范圍大、重訪(fǎng)時(shí)間短、抗打擊與抗摧毀能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
[0003]其中干涉處理是GEO SAR研究的一個(gè)重要方面。GEO SAR干涉處理的最大難點(diǎn)在于GEO SAR高軌道高度、較大的軌道空變形、嚴(yán)重的攝動(dòng)影響以及較大的等效前斜角度，使得GEO SAR的有效相位矢量不在成像平面中。對(duì)于傳統(tǒng)成像算法近直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡而言，帶高程的地面點(diǎn)在進(jìn)行二維成像時(shí)會(huì)投向地面上的某一點(diǎn)。這兩個(gè)點(diǎn)與軌道上垂直處的點(diǎn)構(gòu)成了成像平面。然而對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)而言，它的有效相位中心位于孔徑中心，因此孔徑中心與目標(biāo)連線(xiàn)產(chǎn)生的有效相位矢量并不位于成像平面內(nèi)。這種分離會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的低軌高程反演的干涉模型嚴(yán)重失效(有時(shí)可以相差10倍)；同時(shí)由于GEO干涉具有大場(chǎng)景干涉處理的特點(diǎn)，但對(duì)于大場(chǎng)景的邊緣的目標(biāo)點(diǎn)采用低軌高程反演的干涉模型進(jìn)行處理時(shí)，同樣會(huì)使計(jì)算得到的模糊高度與真實(shí)值相差較大，這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)多周期的目標(biāo)場(chǎng)景的高程誤差在幾十米甚至上百米以上。因此，GEO SAR干涉處理的核心問(wèn)題就是如何解決有效相位矢量與成像平面分離的問(wèn)題，并且達(dá)到較好的精度，這在現(xiàn)有的各種GEO SAR干涉處理算法中并未有提及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法，該高程反演方法能夠通過(guò)建立合理的GEO SAR干涉模型，實(shí)現(xiàn)有效相位矢量與成像平面分離情況下的高程反演處理，實(shí)現(xiàn)任意位置處利用GEOSAR干涉處理的高程反演。
[0005]本發(fā)明的地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法包括:
[0006]步驟1，選取GEO SAR獲取干涉數(shù)據(jù)的軌道，采集所述軌道上的干涉數(shù)據(jù):
[0007]步驟2，根據(jù)步驟I獲得的干涉數(shù)據(jù)利用BP算法進(jìn)行GEO SAR成像處理；
[0008]步驟3，根據(jù)經(jīng)步驟2處理后的GEO SAR圖像建立GEO干涉模型，當(dāng)相位矢量與成像平面分離時(shí)，根據(jù)所述GEO干涉模型進(jìn)行GEO SAR干涉高程反演；
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟I包括:
[0010]步驟11，固定衛(wèi)星的波束指向和下視角，在衛(wèi)星成像工作時(shí)間對(duì)應(yīng)的軌道區(qū)間上選取距軌道起始工作時(shí)刻和終止工作時(shí)刻大于半個(gè)合成孔徑時(shí)間的任意一個(gè)位置做為合成孔徑中心位置，確定指定視角對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)的經(jīng)緯度，并將該地面點(diǎn)設(shè)定為場(chǎng)景中心[0011]利用合成孔徑時(shí)間Ts和脈沖重復(fù)時(shí)間PRT確定所述第一軌軌道上每個(gè)脈沖發(fā)射時(shí)刻的衛(wèi)星位置；
[0012]步驟12，根據(jù)兩軌之間的時(shí)間間隔確定第二軌的位置；
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟2包括:
[0014]步驟21，根據(jù)所述步驟I采集的干涉數(shù)據(jù)建立雷達(dá)回波信號(hào)模型，該雷達(dá)回波信號(hào)模型如式(I)所示:.(/4irl? [ ( IR Y),,、
【權(quán)利要求】
1.一種地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法，其特征在于，包括: 步驟1，選取GEO SAR獲取干涉數(shù)據(jù)的軌道，采集所述軌道上的干涉數(shù)據(jù)； 步驟2，根據(jù)步驟I獲得的干涉數(shù)據(jù)利用BP算法進(jìn)行GEO SAR成像處理； 步驟3，根據(jù)經(jīng)步驟2處理后的GEO SAR圖像建立GEO干涉模型，當(dāng)相位矢量與成像平面分離時(shí)，根據(jù)所述GEO干涉模型進(jìn)行GEO SAR干涉高程反演； 進(jìn)一步的，所述步驟I包括: 步驟11，固定衛(wèi)星的波束指向和下視角，在衛(wèi)星成像工作時(shí)間對(duì)應(yīng)的軌道區(qū)間上選取距軌道起始工作時(shí)刻和終止工作時(shí)刻大于半個(gè)合成孔徑時(shí)間的任意一個(gè)位置做為合成孔徑中心位置，確定指定視角對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)的經(jīng)緯度，并將該地面點(diǎn)設(shè)定為場(chǎng)景中心點(diǎn)； 利用合成孔徑時(shí)間Ts和脈沖重復(fù)時(shí)間PRT確定所述第一軌軌道上每個(gè)脈沖發(fā)射時(shí)刻的衛(wèi)星位置； 步驟12，根據(jù)兩軌之間的時(shí)間間隔確定第二軌的位置； 進(jìn)一步的，所述步驟2包括: 步驟21，根據(jù)所述步驟I采集的干涉數(shù)據(jù)建立雷達(dá)回波信號(hào)模型，該雷達(dá)回波信號(hào)模型如式⑴所示:
2.如權(quán)利要求1所述的地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法，其特征在于，所述步驟3包括: 步驟31，根據(jù)步驟2獲得進(jìn)行GEO SAR成像處理后的兩幅GEO SAR圖像，通過(guò)所述兩幅GEO SAR圖像的互相關(guān)法計(jì)算偏移量插值，然后根據(jù)該偏移量插值進(jìn)行圖像配準(zhǔn)； 步驟32，配準(zhǔn)完成后，將所述兩幅GEO SAR圖像的主圖像和輔圖像共軛相乘得到干涉相位圖，并對(duì)所述干涉相位圖進(jìn)行去平地處理得到反映地形高度變化的稀疏干涉條紋； 步驟33，利用所述干涉相位圖及稀疏干涉條紋生成相關(guān)系數(shù)圖； 步驟34，對(duì)所述相關(guān)系數(shù)圖采用Goldstein相位濾波方法進(jìn)行濾除干涉相位噪聲處理，采用相位解纏方法進(jìn)行相位解纏處理； 步驟35，根據(jù)經(jīng)步驟34處理后的相關(guān)系數(shù)圖，將相位矢量與成像平面分離獲得GEOSAR干涉模型，然后將主輔衛(wèi)星位置投影到成像平面進(jìn)行分析，根據(jù)所述GEO SAR干涉模型推導(dǎo)獲得高程反演表達(dá)式進(jìn)行高程反演: 步驟36，通過(guò)地理編碼將所述GEO SAR干涉模型及高程反演表達(dá)式中的斜距方位坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到地距方位坐標(biāo)。
3.如權(quán)利要求1所述的地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)干涉的高程反演方法，其特征在于，所述步驟12包括: 步驟121，利用衛(wèi)星通過(guò)所述第一軌軌道的孔徑中心位置、所述場(chǎng)景中心點(diǎn)及該衛(wèi)星下點(diǎn)位置所組成平面的時(shí)刻確定第二軌的孔徑中心時(shí)刻； 步驟122，以第二軌的孔徑中心對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)刻為基準(zhǔn)時(shí)刻向衛(wèi)星軌道的前后時(shí)間方向每一個(gè)脈沖重復(fù)時(shí)間PRT在衛(wèi)星軌道上確定一個(gè)第二軌軌道上每個(gè)脈沖發(fā)射時(shí)刻的衛(wèi)星位置，直到延伸至基準(zhǔn)時(shí)刻的前后半合成孔徑時(shí)間長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK103543453SQ201310517927
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】胡程, 龍騰, 李元昊, 李延, 曾濤, 丁澤剛 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué), 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部