[发明专利]基于地球同步轨道合成孔径雷达层析技术的三维成像方法

说明书

本发明提供一种基于地球同步轨道合成孔径雷达层析技术的三维成像方法，包括以下步骤：步骤1，选取GEO SAR获取层析数据的多个轨道，采用最小旋转去相关方法采集所述轨道上的层析数据；步骤2，根据步骤1获得的层析数据利用保相算法进行GEO SAR二维成像处理，将所有成像结果投影到统一的场景坐标系中；步骤3，根据经步骤2处理得到的GEO SAR二维图像作进一步处理，然后沿高度方向进行傅里叶变换，完成高度向聚焦处理，实现对目标的三维成像。该方法能够可以实现对目标的快速、高精度三维成像。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达成像技术领域，具体涉及一种基于地球同步轨道合成孔径雷达层析技术的三维成像方法。

背景技术

传统的合成孔径雷达(SAR)图像只能提供目标在方位和距离两个方向上的二维散射分布信息，与雷达斜距相同但处于不同高度位置上的目标会叠掩在同一距离-方位分辨单元内。SAR层析(TomoSAR)技术将合成孔径原理拓展到高度方向，利用多部天线或多次航过的方式，对同一地区进行多次观测，形成高度向上的合成孔径，可有效分离单个分辨单元内多个散射体信号，实现对目标的三维成像，重构目标沿高度方向的散射率分布。

星载SAR具有更稳定的运动轨迹及相对更大的观测场景，星载TomoSAR技术逐渐成为地球遥感领域的研究热点。当前对星载TomoSAR的研究都是基于低轨SAR(LEO SAR，轨道高度低于1000km)，低轨TomoSAR数据通过重轨方式获取，层析处理存在许多问题：1)重访时间长，一般为几天到十几天，获取层析处理所需要的数据集需要数月甚至数年的时间跨度，难以实现对场景及时、有效的三维成像；2)高度向基线跨度较小，加之图像幅数较少，因此需要采取复杂的算法实现高度向上的高分辨率成像。解决上述问题的一种有效方式是将地球同步轨道SAR(GEO SAR)与SAR层析技术相结合(GEO TomoSAR)。GEO SAR运行在高度为36000km的倾斜地球同步轨道上，相比于LEO SAR，GEO SAR具有更短的重访周期(小于24小时)和更大的覆盖范围(上千公里)，这些特点使得GEO SAR在短时间内可以获取丰富的重轨数据，有效提升层析成像性能。但是，GEO TomoSAR受到地球自转影响，造成轨迹弯曲和重复轨迹不平行，这会在其空间基线中引入沿轨方向的分量，使得传统低轨TomoSAR理论无法直接应用于GEO TomoSAR。因此GEO TomoSAR处理的核心就是在面临轨迹弯曲、重轨不平行等特殊问题下实现对目标的高精度三维成像。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于地球同步轨道合成孔径雷达层析技术的三维成像方法，该方法能够可以实现对目标的快速、高精度三维成像。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于地球同步轨道合成孔径雷达层析技术的三维成像方法，包括以下步骤：

步骤1，选取GEO SAR获取层析数据的多个轨道，采用最小旋转去相关方法采集所述轨道上的层析数据；

步骤2，根据步骤1获得的层析数据利用保相算法进行GEO SAR二维成像处理，将所有成像结果投影到统一的场景坐标系中；

步骤3，根据经步骤2处理得到的GEO SAR二维图像作进一步处理，然后沿高度方向进行傅里叶变换，完成高度向聚焦处理，实现对目标的三维成像。

进一步的，本发明所述采用最小旋转去相关方法采集所述轨道上的层析数据的具体过程为：

步骤11，根据实际需要在参考轨道上确定卫星数据采集的合成孔径中心位置，利用合成孔径时间T_s和脉冲重复时间PRT确定参考轨道上每个脉冲发射时刻的卫星位置；