一種地球同步軌道合成孔徑雷達干涉的高程反演方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種地球同步軌道合成孔徑雷達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，根據(jù)GEO干涉模型進行GEO?SAR干涉高程反演。本發(fā)明的高程反演方法通過建立合理的GEO?SAR干涉模型，實現(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題——有效相位矢量與成像平面分離問題，實現(xiàn)了任意位置處利用GEO?SAR干涉處理的高程反演。
【專利說明】一種地球同步軌道合成孔徑雷達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【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種地球同步軌道合成孔徑雷達干涉的高程反演方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(SAR)是一種全天候、全天時的高分辨率微波遙感成像雷達，可安裝在飛機、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等飛行平臺上。自上世紀(jì)50年代發(fā)明以來，已經(jīng)在很多領(lǐng)域取得了越來越廣泛的應(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(GEO SAR)是運行在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、重訪時間短、抗打擊與抗摧毀能力強等特點，目前已成為國內(nèi)外的研究熱點。
[0003]其中干涉處理是GEO SAR研究的一個重要方面。GEO SAR干涉處理的最大難點在于GEO SAR高軌道高度、較大的軌道空變形、嚴(yán)重的攝動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。對于傳統(tǒng)成像算法近直線運動軌跡而言，帶高程的地面點在進行二維成像時會投向地面上的某一點。這兩個點與軌道上垂直處的點構(gòu)成了成像平面。然而對于目標(biāo)點而言，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(有時可以相差10倍)；同時由于GEO干涉具有大場景干涉處理的特點，但對于大場景的邊緣的目標(biāo)點采用低軌高程反演的干涉模型進行處理時，同樣會使計算得到的模糊高度與真實值相差較大，這會導(dǎo)致一個多周期的目標(biāo)場景的高程誤差在幾十米甚至上百米以上。因此，GEO SAR干涉處理的核心問題就是如何解決有效相位矢量與成像平面分離的問題，并且達到較好的精度，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]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種地球同步軌道合成孔徑雷達干涉的高程反演方法，該高程反演方法能夠通過建立合理的GEO SAR干涉模型，實現(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，根據(jù)所述GEO干涉模型進行GEO SAR干涉高程反演；
[0009]進一步的，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)星成像工作時間對應(yīng)的軌道區(qū)間上選取距軌道起始工作時刻和終止工作時刻大于半個合成孔徑時間的任意一個位置做為合成孔徑中心位置，確定指定視角對應(yīng)的地面點的經(jīng)緯度，并將該地面點設(shè)定為場景中心[0011]利用合成孔徑時間Ts和脈沖重復(fù)時間PRT確定所述第一軌軌道上每個脈沖發(fā)射時刻的衛(wèi)星位置；
[0012]步驟12，根據(jù)兩軌之間的時間間隔確定第二軌的位置；
[0013]進一步的，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)建立雷達回波信號模型，該雷達回波信號模型如式(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，根據(jù)所述GEO干涉模型進行GEO SAR干涉高程反演； 進一步的，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)星成像工作時間對應(yīng)的軌道區(qū)間上選取距軌道起始工作時刻和終止工作時刻大于半個合成孔徑時間的任意一個位置做為合成孔徑中心位置，確定指定視角對應(yīng)的地面點的經(jīng)緯度，并將該地面點設(shè)定為場景中心點； 利用合成孔徑時間Ts和脈沖重復(fù)時間PRT確定所述第一軌軌道上每個脈沖發(fā)射時刻的衛(wèi)星位置； 步驟12，根據(jù)兩軌之間的時間間隔確定第二軌的位置； 進一步的，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)建立雷達回波信號模型，該雷達回波信號模型如式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獲得進行GEO SAR成像處理后的兩幅GEO SAR圖像，通過所述兩幅GEO SAR圖像的互相關(guān)法計算偏移量插值，然后根據(jù)該偏移量插值進行圖像配準(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，并對所述干涉相位圖進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，對所述相關(guān)系數(shù)圖采用Goldstein相位濾波方法進行濾除干涉相位噪聲處理，采用相位解纏方法進行相位解纏處理； 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)獲得高程反演表達式進行高程反演: 步驟36，通過地理編碼將所述GEO SAR干涉模型及高程反演表達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)星通過所述第一軌軌道的孔徑中心位置、所述場景中心點及該衛(wèi)星下點位置所組成平面的時刻確定第二軌的孔徑中心時刻； 步驟122，以第二軌的孔徑中心對應(yīng)的衛(wèi)星時刻為基準(zhǔn)時刻向衛(wèi)星軌道的前后時間方向每一個脈沖重復(fù)時間PRT在衛(wèi)星軌道上確定一個第二軌軌道上每個脈沖發(fā)射時刻的衛(wèi)星位置，直到延伸至基準(zhǔn)時刻的前后半合成孔徑時間長度。
【文檔編號】G01S13/90GK103543453SQ201310517927
【公開日】2014年1月29日 申請日期: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 申請人:北京理工大學(xué), 北京空間飛行器總體設(shè)計部