本發(fā)明屬于sar三維成像領(lǐng)域，特別涉及一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法與裝置。

背景技術(shù)：

1、合成孔徑雷達(synthetic?aperture?radar,?sar)三維成像作為一項重要的觀測技術(shù)，由于其便利性和通用性，在無人機(unmanned?aerial?vehicle,?uav)平臺上得到了廣泛的應(yīng)用。與衛(wèi)星和機載平臺相比，無人機的出現(xiàn)簡化了數(shù)據(jù)采集手段，從而使sar?3d成像更加便捷。特別是無人機陣列sar，僅通過一次通道即可穩(wěn)定地獲得多個相干觀測值。

2、然而，由于無人機相比星載和機載平臺的飛行高度較低，造成許多傳統(tǒng)的基于壓縮感知算法的失效。不僅需要基于球面波模型進行機理推算，傳統(tǒng)的配準方法也不能完全適用。配準需要保證同一距離網(wǎng)格單元內(nèi)的所有目標得到求解，這在低空情況下很難實現(xiàn)，因為當目標在一個天線中重疊時，另一個天線的信道將不可避免地分離，這被稱為通道徙動。在低空sar三維成像中，一旦偏移量超過一個距離網(wǎng)格單元，傳統(tǒng)的配準方法就會失效，三維成像的分辨率將會受到較大影響。

3、為了在三維重建中實現(xiàn)超分辨率并有效解決通道徙動問題，現(xiàn)有文獻中通過bp利用原始sar數(shù)據(jù)的方法，專注于圓形軌跡，在高程方向上再采用壓縮感知(compressivesensing,?cs)方法，然而，這種策略是主要針對全息系統(tǒng)和高空平臺，特別是在森林環(huán)境中，無法緩解本發(fā)明的低空通道徙動問題?；蛘攥F(xiàn)有文獻中采用三維網(wǎng)格提取高程信號，然后利用cs方法識別每個網(wǎng)格點的目標。該方法將3d插值與cs技術(shù)相結(jié)合，但由于相位信息仍然未被完全利用，并且幅度和相位的估計仍然主要依賴于最小二乘法，因此該方法不能實現(xiàn)完全的三維超分辨。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法與裝置。所述方法在保證計算效率的前提下，提高了陣列干涉sar的三維成像的分辨率和準確性，特別是在疊掩區(qū)域，極大地提高了三維成像質(zhì)量，三維熵評價提高了約0.1。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一方面，本發(fā)明提供一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，包括如下步驟：

4、步驟1、無人機進行飛行拍攝，獲取目標場景的陣列干涉sar原始回波數(shù)據(jù)；

5、步驟2、對陣列干涉sar原始回波數(shù)據(jù)進行處理，獲得陣列通道多組二維成像結(jié)果；

6、步驟3、建立三維坐標系，對主天線的網(wǎng)格進行劃分，獲得三維網(wǎng)格，濾除具有設(shè)定幅度矢量以下的網(wǎng)格；

7、步驟4、對非低值網(wǎng)格進行插值，獲得三維網(wǎng)格對應(yīng)的觀測向量矩陣，觀測向量矩陣作為感知矩陣；

8、步驟5、對感知矩陣進行擴展，以匹配不同距離單位的不同角度，利用壓縮感知算法進行稀疏三維成像，得到目標場景的初始三維點云；

9、步驟6、對初始三維點云進行處理，得到目標區(qū)域的完整三維成像點云。

10、另一方面，本發(fā)明提供一種陣列干涉sar的三維反向投影成像裝置，基于所述的陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，實現(xiàn)陣列干涉sar的三維成像，包括如下模塊：

11、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于在無人機進行飛行拍攝，獲取目標場景的陣列干涉sar原始回波數(shù)據(jù)；

12、成像結(jié)果獲取模塊，對陣列干涉sar原始回波數(shù)據(jù)進行處理，獲得陣列通道多組二維成像結(jié)果；

13、網(wǎng)格劃分模塊，建立三維坐標系，對主天線的網(wǎng)格進行劃分，獲得三維網(wǎng)格，濾除具有設(shè)定幅度矢量以下的網(wǎng)格；

14、觀測向量獲取模塊，對非低值網(wǎng)格進行插值，獲得三維網(wǎng)格對應(yīng)的觀測向量矩陣，所述觀測向量矩陣作為感知矩陣；

15、初始三維點云獲取模塊，對感知矩陣進行擴展，以匹配不同距離單位的不同角度，利用壓縮感知算法進行稀疏三維成像，得到目標場景的初始三維點云；

16、成像模塊，對初始三維點云進行處理，得到目標區(qū)域的完整三維成像點云。

17、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)上述的陣列干涉sar的三維反向投影成像方法的步驟。

18、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時上述的陣列干涉sar的三維反向投影成像方法的步驟。

19、本發(fā)明的有益效果在于：

20、本發(fā)明基于在低空情況下的陣列干涉sar觀測，設(shè)計了一種三維反向投影成像方法和裝置，將三維反向投影的精確定位能力與壓縮感知(cs)算法的超分辨率相結(jié)合，解決了低空觀測引起的通道徙動所導(dǎo)致的難以配準的問題，有效地減輕了通道徙動引起的能量分散，從而準確地重建了弱重疊點，在保證計算效率的同時，達到了精確的超分辨率三維重建效果。

技術(shù)特征：

1.一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，其特征在于，所述步驟3包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，其特征在于，所述步驟4包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，其特征在于，利用視距成像的最短距離策略，在下視角下從近到遠計算距離三維網(wǎng)格的值，按如下公式進行計算，當達到閾值時終止：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，其特征在于，所述步驟5包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，其特征在于，按如下公式對一個距離網(wǎng)格單元進行布置：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，其特征在于，利用壓縮感知算法對擴展的矩陣進行稀疏三維成像，得到超分辨率下的目標場景的初始三維點云，利用壓縮感知理論估計下式：

8.一種陣列干涉sar的三維反向投影成像裝置，其特征在于，利用權(quán)利要求1-7任一項所述的一種陣列干涉sar的三維反向投影成像方法，實現(xiàn)陣列干涉sar的三維成像，包括如下模塊：

9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1-7之一所述的陣列干涉sar的三維反向投影成像方法的步驟。

10.一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1-7之一所述的陣列干涉sar的三維反向投影成像方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種陣列干涉SAR的三維反向投影成像方法與裝置，屬于SAR三維成像領(lǐng)域，包括：基于極坐標系和笛卡爾坐標系的低空場景三維陣列SAR成像模型，利用三維網(wǎng)格插值方法來代替配準，通過擴展感知矩陣，利用壓縮感知(Compressive?Sensing,CS)算法對三維信息進行重構(gòu)，精確實現(xiàn)觀測場景的高質(zhì)量三維重建。本發(fā)明在保證計算效率的前提下，提高了低空條件下陣列干涉SAR的三維成像的分辨率和準確性，顯著提升了疊掩區(qū)域的重建質(zhì)量，實測數(shù)據(jù)中的三維熵指標提升了約0.1。

技術(shù)研發(fā)人員：仇曉蘭,林雨青,羅一通,路思彤
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6