專利名稱：一種雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)快速成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及了合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三維成像是三維成像合成孔徑雷達(dá)(SAR)區(qū)別于其他遙感成像系統(tǒng)的重要 特征，由于其測(cè)繪范圍廣、全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，在地形測(cè)繪、環(huán)境檢測(cè)、災(zāi) 害預(yù)報(bào)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
當(dāng)前有關(guān)于三維SAR的技術(shù)主要包括干涉SAR (InSAR)技術(shù)、曲線SAR技
術(shù)(CSAR)和線陣SAR (LASAR)技術(shù)。干涉技術(shù)是一種不具備第三維分辨能力 的SAR成像技術(shù)，它從理論上就不能提供精確的三維重建能力。曲線SAR必須設(shè) 定運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在三維空間內(nèi)的飛行路徑，但天線相位中心的軌跡控制精度低，這是 對(duì)三維SAR系統(tǒng)的一個(gè)束縛。對(duì)于目前的研究熱點(diǎn)單站線陣SAR，由于其存在如 文獻(xiàn)Tsz-King Chan， Yasuo Kuga， "Experimental studies on circular SAR imaging in clutter using angular correlation function technique"中所 提到的當(dāng)差分距離史小于分辨率時(shí)存在的成像模糊問題，該系統(tǒng)也在一定程度上 受到成像地形的制約。
現(xiàn)有的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)(BLASAR)是將發(fā)射機(jī)固定于發(fā)射平 臺(tái)上，線性陣列天線固定于接收平臺(tái)上，以合成接收平面陣列，并進(jìn)行三維成像 的一種新型合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。雙站線陣合成孔徑雷達(dá)在實(shí)現(xiàn)對(duì)地的三維地形成 像的同時(shí)，它克服了現(xiàn)有三維成像SAR系統(tǒng)的缺點(diǎn)及束縛，同時(shí)繼承了雙站合成 孔徑雷達(dá)的所有優(yōu)點(diǎn)，例如反隱身、目標(biāo)的散射信息豐富、雷達(dá)橫截面積增加 等等。根據(jù)發(fā)明人了解以及已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)，例如J. Klare， A. Brenner, J. Ender， "A New Airborne Radar for 3D Imaging - Image Fromation using the ARTINO Principle - ，， E腿D， Dresden, Germany, 2006. B. D. RiglingandR丄 Moses,"Flight path strategies for 3-D scene reconstruction from bist;atic SAR，' IEE proceedings R油r So, Neivig. , vol. 151 No 3. pp. 149 - 157， June. 2004.雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像方法可以分成三 類時(shí)域三維成像方法，頻域三維成像方法和降維成像處理方法。時(shí)域方法通過
7計(jì)算各散射點(diǎn)到發(fā)收天線單元距離，并進(jìn)行相干疊加實(shí)現(xiàn)雙站線陣三維成像合成 孔徑雷達(dá)成像處理；頻域方法將相干累加處理變換為頻域的乘法及投影的操作， 實(shí)現(xiàn)雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像處理；降維成像處理方法將高維相關(guān)問 題分解為若干個(gè)一維相關(guān)處理問題，以降低處理運(yùn)算量。
上述方法本質(zhì)上都是將雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像問題看作三維 空間的匹配濾波問題。這種空間匹配濾波時(shí)對(duì)整個(gè)成像空間進(jìn)行全空域成像，其 運(yùn)算量十分巨大，據(jù)本發(fā)明人了解，當(dāng)前還沒又人提出一種運(yùn)算量較小的三維成 像方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有三維成像合成孔徑雷達(dá)成像方法的運(yùn)算量大 的問題，提供了一種雙站線陣三維合成孔徑雷達(dá)快速成像方法，該方法把三維合 成孔徑雷達(dá)的三維成像問題轉(zhuǎn)化為二維成像問題，大大降低了雙站線陣三維成像 合成孔徑雷達(dá)的運(yùn)算量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大場(chǎng)景的三維空間成像。
為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語定義
定義1、雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)(BLASAR)
雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)(BLASAR)是將發(fā)射機(jī)固定于發(fā)射平臺(tái)上， 線陣接收機(jī)固定于接收平臺(tái)上，以合成二維平面陣列，并進(jìn)行三維成像的一種新 型合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。
定義2、合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法
合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法是指利用合成孔徑雷達(dá)發(fā)射信號(hào)參數(shù)，采用 以下公式生成參考信號(hào)，并采用匹配濾波技術(shù)對(duì)合成孔徑雷達(dá)的距離向信號(hào)進(jìn)行 濾波的過程。
其中，/(o為參考函數(shù)，s為雷達(dá)發(fā)射基帶信號(hào)的信號(hào)帶寬，？;為雷達(dá)發(fā)射
信號(hào)脈沖寬度，,為自變量，取值范圍從-發(fā)到警'詳見文獻(xiàn)"雷達(dá)成像技術(shù)"，
保錚等編著，電子工業(yè)出版社出版。
定義3、線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間
雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間是指合成孔徑雷達(dá)波束照射到的場(chǎng)景區(qū)域。
定義4、雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法 雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法是常規(guī)合成孔徑雷 達(dá)二維反向投影成像方法的拓展。該方法首先計(jì)算散射點(diǎn)到雙站發(fā)收線陣天線各 陣元相位中心的距離歷史，選擇相應(yīng)距離和單元的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的多普勒相 位補(bǔ)償以及相干累加，得到該點(diǎn)的散射系數(shù)。該方法流程圖見專利附圖。詳見文 獻(xiàn)"雷達(dá)成像技術(shù)"，保錚等編著，電子工業(yè)出版社出版。 定義5、門限檢測(cè)技術(shù)
門限檢測(cè)技術(shù)是指在目標(biāo)的后向散射系數(shù)分布己知的情況下，按照設(shè)定的虛 警概率或檢測(cè)概率對(duì)目標(biāo)的后向散射系數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)后向散射系數(shù)高于檢測(cè)門 限時(shí)，目標(biāo)存在，否則，目標(biāo)不存在。詳見文獻(xiàn)"信號(hào)檢測(cè)與估計(jì)"，向敬成等編 著，電子科技大學(xué)出版社。
定義6、遍歷法
按數(shù)據(jù)排列順序，由小到大，逐個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種操作，直至對(duì)所有數(shù)據(jù)都 執(zhí)行完該操作為止。詳見文獻(xiàn)"自適應(yīng)濾波"，龔耀寰編著，電子工業(yè)出版社出 版。
定義7、雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)理論分辨率
雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)理論分辨率是指根據(jù)雙站線陣三維成像合 成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)，包括發(fā)射信號(hào)帶寬，合成孔徑長度以及線陣天線長度決定 的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)所能達(dá)到的最大分辨率。詳見文獻(xiàn)"雙站合成孔徑 雷達(dá)成像原理"，湯子躍等編著，科學(xué)出版社出版。
定義8、雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)指標(biāo)集
雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像結(jié)果為三維空間中的曲面，可以用如下
函數(shù)表示
其中，a /)為指標(biāo)集，力表示o', y)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度。
定義9、合成孔徑雷達(dá)后向散射系數(shù)分布規(guī)律 合成孔徑雷達(dá)后向散射系數(shù)分布規(guī)律是指合成孔徑雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)經(jīng)散射 體散射后返回到波源方向的散射能量所服從的分布規(guī)律。詳見文獻(xiàn)"雷達(dá)手冊(cè)"
9第ll、 12章，Merrill I. Skolnik主編，王軍等譯，電子工業(yè)出版社出版
本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)快速成像 方法，它包括以下歩驟
歩驟一、初始化雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像系統(tǒng)參數(shù)
初始化的成像系統(tǒng)參數(shù)包括發(fā)射平臺(tái)與接收平臺(tái)速度矢量^、 R，平臺(tái)初
始位置矢量if 、 g，雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù),記做^，接收機(jī)線陣天線各陣元
相對(duì)平臺(tái)中心位置，記做^,，其中/為天線各陣元序號(hào)，為自然數(shù)，/ = 0,1,...,M， M為接收機(jī)線陣天線各陣元總數(shù)，雷達(dá)發(fā)射基帶信號(hào)的信號(hào)帶寬,記做S，雷達(dá)
發(fā)射信號(hào)脈沖寬度，記做j;，雷達(dá)接收波門持續(xù)寬度，記做K，雷達(dá)接收系統(tǒng)
的采樣頻率,記做/、.，雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率，記做尸i F，及接收系統(tǒng)接收波 門相對(duì)于發(fā)射信號(hào)發(fā)射波門的延遲，記做&;上述參數(shù)均為雙站線陣三維成像 合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，其中，雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù)&，雷達(dá)發(fā)射基
帶信號(hào)的信號(hào)帶寬S，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度7;，雷達(dá)接收波門持續(xù)寬度7;，
雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率/:.,雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率尸i F及接收系統(tǒng)接收波
門相對(duì)于發(fā)射信號(hào)發(fā)射波門的延遲在雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)設(shè)計(jì)過程 中已經(jīng)確定；其中，發(fā)、收平臺(tái)速度矢量巧、g及初始位置矢量〃、g在雙站
線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)觀測(cè)方案設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定；
步驟二、雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮
采用合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對(duì)合成孔徑雷達(dá)距離向回波數(shù)據(jù)A進(jìn) 行壓縮，得到距離壓縮后的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，記做《,；
步驟三、獲得雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)指標(biāo)集內(nèi)連續(xù)小區(qū)域的高度和相應(yīng)
的散射系數(shù)最大值，即初始化的成像區(qū)域；
采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，對(duì)雙站線陣三 維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間中區(qū)域?yàn)?x7x// (//為成像場(chǎng)景的參考高度)的
區(qū)域Q。 = {(X,,力,^|/ = 0…6,_/ = 0…6,/ze[-///2,///2]}內(nèi)所有點(diǎn)進(jìn)行成像處理'得到雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間中區(qū)域?yàn)镼。內(nèi)的所有點(diǎn)的后向散
射系數(shù)，也即雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)指標(biāo)集為 三。={+ = /^,，乃),/ = 0 — 6,_/ = 0 6}內(nèi)的所有點(diǎn)沿高度向的后向散射系數(shù)的
分布函數(shù)，記做CT(X,y,/7);
對(duì)指標(biāo)集三。所對(duì)應(yīng)的后向散射系數(shù)分布函數(shù)沿高度向采用遍歷法進(jìn)行搜索 得到分布函數(shù)沿高度向的散射系數(shù)最大值及與之對(duì)應(yīng)的最大值處的高度；其中， 雙站合成孔徑雷達(dá)沿高度向的后向散射系數(shù)分布函數(shù)(7(X,少，/7)最大值用
股(x,》表示，而相應(yīng)的高度用^(X,力表示； 步驟四、沿X向?qū)Ω叨冗M(jìn)行擬合預(yù)測(cè)；
采用標(biāo)準(zhǔn)的多項(xiàng)式擬合方法對(duì)已知的^^0行的高度數(shù)據(jù)/z(x,，0),Z-0…6進(jìn)
行多項(xiàng)式擬合，此處我們選擇擬合的階數(shù)為3，即進(jìn)行三階曲面擬合及預(yù)測(cè)，得 到擬合函數(shù)/^/(:0，把x^7帶入擬合函數(shù)/^/(x;),得到預(yù)測(cè)高度^。，0);
歩驟五、獲取檢測(cè)門限；
根據(jù)合成孔徑雷達(dá)的后向散射系數(shù)的分布規(guī)律，選取瑞利——貝塞爾分布； 設(shè)定虛警概率"或者檢測(cè)概率^ ，根據(jù)虛警概率分布函數(shù)或檢測(cè)概率分布函數(shù)及 門限檢測(cè)技術(shù)計(jì)算出檢測(cè)門限e;這里我們已知檢測(cè)概率的分布函數(shù)即瑞利—— 貝塞爾函數(shù)，通過計(jì)算該函數(shù)的均值和方差來獲取檢測(cè)門限；
根據(jù)步驟三得到的后向散射系數(shù)最大值cr,腿(x,力，選取y二O行的
aJ;,0)，h0…6，分別計(jì)算這一組值的中值和方差cr^、 sCT'利用式子 ^W"2crX)/2 ,w得到均值幅度^按照3W帶寬檢測(cè)準(zhǔn)則，"/V^即為
分布函數(shù)的概率均值、、為其方差；
設(shè)定檢測(cè)概率為0.8，利用門限檢測(cè)技術(shù)，我們得到檢測(cè)門限e; 步驟六、搜索雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像點(diǎn)的真實(shí)高度；
采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，對(duì)三維成像空 間中的點(diǎn)(7,0入)進(jìn)行成像，得到點(diǎn)(7,0,~)的后向散射系數(shù)"(7,0,~);當(dāng)(7(7,0,/^) <9，執(zhí)行上行操作，上行操作定義為采用雙站線陣三維成像合 成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，在點(diǎn)(x,y,/z)已經(jīng)成像的情況下，對(duì)位于成 像空間中的點(diǎn)(x,乂/z + ^/z),^^1進(jìn)行成像；因此先對(duì)三維成像空間中的點(diǎn) (7,0，~+^)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)0"(7,0，~+^)，其中AA為雙 站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)沿高度向的分辨率；判斷a(7,0,^+^)是否大于
門限S，如果(T(7,0,^+a/z)〉P，采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向 投影成像方法，對(duì)三維成像空間中的點(diǎn)(7,0,^+2A/ )進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后 向散射系數(shù)(7(7,0,/^+2a/z)，當(dāng)(j(7，0,、+2a?！碿7(7,0,/^+^)，跳出本次搜索，
且 取 7隨(7，0) = 0"(7，0,~+』) ' / (7，0) = / +^ ' 當(dāng)
cr(7,0,、 + 2a/z) > cj(7，0,、 +A/7)，對(duì)點(diǎn)(7,0,、 + 3a/z)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向
散射系數(shù)ct(7，0，/^+3a/2)，當(dāng)cr(7,0,、+3a/2)〈o"(7,0，、+ 2^)，跳出本次搜索，
且 取 7匪(7,0) = ^7,0,~+2厶/ ) '/7(7，0) = /2 + 2厶;7 ' 當(dāng)
ct(7,0,、 + 2^卜"7,0, +a/2)，繼續(xù)本次的上行操作，直至得到滿足條件
0"(7,0，~+^-1)厶/^<0"(7，0，~+"/^>0"(7，0，~+(^: + 1)厶;^的A:值，此時(shí)令
o",(7,0) = ct(7，0,~+A:a/7)， /2(7，0) =/z + Aa/z ;當(dāng)cr(7,0,~+a/z) < 6> ，進(jìn)行下行
操作，下行操作定義為采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方 法，在點(diǎn)(x,y,/0已經(jīng)成像的情況下，對(duì)位于成像空間中的點(diǎn)(x,;a+ A:S-1
進(jìn)行成像；因此對(duì)點(diǎn)(7,0,、-^z)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)
"7,0,~-A/2)，如果o"。，0,/^-厶。>0，對(duì)點(diǎn)(7,0,、—2J)進(jìn)行成像，得到該
點(diǎn)的后向散射系數(shù)"7,0,^-2a/z)'如果o"(7,0,/^-2^)<0"(7,0,~-』卜If兆出
本次搜索，且令"隨(7,0) = "7,0，~—厶/z) ，A(7，0—U ，當(dāng)
(T(7,0, 、 - 2a" > ex(7，0,~ -a/7)，對(duì)點(diǎn)(7,0,~ - 3^)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向
12散射系數(shù)—7，0,~—3a/7)，當(dāng)o"(7,0,^-3a/z)<ct(7,0，~-2aA)，跳出本次搜索，
且 取 ax(7,0) = o"(7,0，/zp—2厶/z) ，/7(7,0) = /7-2a/z ， 當(dāng)
c7(7,0,、-3A?！礳r(7,0, -2^)繼續(xù)本次的下行操作，直至得到滿足條件
f7(7,0,、—(A:-l)厶/z卜cr(7,0,、—yt厶/7)X7(7,0,/2,'-(yt + l)厶;7)的yt值，此時(shí)令
°"曙(7，0) = °"(7,0,、-"^ '/ (7，0) = — ; 其中* = 2...厶/ ///2 ;當(dāng)
"7，0，^一厶/ )〈P，轉(zhuǎn)入* = 2處的上行操作，當(dāng)(7(7,0，/^+2A/z)〈e，轉(zhuǎn)入/!: = 2
處的下行操作，這樣上下交替搜索，直至搜索到滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng) 的高度值；當(dāng)沒有搜索到滿足條件的后向散射系數(shù)，取后向散射系數(shù)最大處的高 度值作為成像的最終高度；
當(dāng)(7(7,0,/^) > 6 ，采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方
法，對(duì)點(diǎn)(7,0,/^+a/z)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)(t(7,0, +j)，對(duì)三
維成像空間中的點(diǎn)(7，0,、 -aA)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)
O"(7,0,/^-a/z) ，a/7意義同上；當(dāng)O"(7,0,/Zp—a/2)<O"(7,0,/zp)>O"(7,0,/7p+a/7)， 跳出本次搜索，且取CT,nax(7，0)二CT。,0，、) ， /7(7，0) = /2 ;當(dāng)
c7(7,0,/^-a/2)〈ct(7,0，^)〈o"(7，0，/^+a/ )，進(jìn)入上面敘述的上行操作，直至獲
得滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng)的高度值；當(dāng) o"(7,0,~-a^>"7,0,/^〉cr(7,0,~+a/^，進(jìn)入上面敘述的下行操作，直至獲
得滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng)的高度值；當(dāng) cr(7，0,~-a/z)>c7(7，0,/zp)<ct(7,0,~+a^)，進(jìn)入全高度搜索，并取最大散射系
數(shù)及其對(duì)應(yīng)的高度作為滿足條件的散射系數(shù)及高度；當(dāng)在執(zhí)行上行操作或下行操 作時(shí)沒有跳出搜索，則同樣取最大散射系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的高度作為滿足條件的散射 系數(shù)及高度；
在經(jīng)過上述的操作步驟后，我們得到用曲線擬合及預(yù)測(cè)方法的最大后向散射 系數(shù) ax (7,0)及對(duì)應(yīng)的高度^ (7,0);
13歩驟七、基于滑窗的整行預(yù)測(cè)；
取高度值的窗長為7，即沿x向滑動(dòng)得到一組新的高度值/z(x,，0)，,、1…7，
重復(fù)運(yùn)用歩驟五與歩驟六相同的預(yù)測(cè)方法，得到滿足條件的最大后向散射系數(shù) ",(8,0)及對(duì)應(yīng)的高度^8,0)，這樣把窗位置依次進(jìn)行滑動(dòng)，最后得到7 = 0行
的所有滿足條件的散射系數(shù)和對(duì)應(yīng)的高度； 步驟八、獲取全場(chǎng)景預(yù)測(cè)的初始數(shù)據(jù)；
按照歩驟六和步驟七的方法，獲取^ = 1...6行的所有滿足條件的散射系數(shù)和 對(duì)應(yīng)的高度；
步驟九、進(jìn)行全場(chǎng)景滑窗預(yù)測(cè)；
同樣取高度值的窗長為7，此時(shí)取沿y向滑動(dòng)得到的高度值/z(x,，^)，其中
/二0…128,y、0…128;重復(fù)運(yùn)用步驟五與歩驟六相同的預(yù)測(cè)方法，得到所有滿
足條件的最大后向散射系數(shù)cmax (x,, ^)及對(duì)應(yīng)的高度(x,, &);
步驟十、獲取雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)最終成像； 為了減小預(yù)測(cè)成像的誤差，對(duì)經(jīng)過上述步驟得到的高度值/z(x,，^)組成的矩
陣/Z進(jìn)行窗為7x7的二維中值濾波，二維中值濾波在MATLAB7.0中的函數(shù)為 medfilt2()，得到雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)最終成像的高度矩陣結(jié)果H及 其對(duì)應(yīng)的后向散射系數(shù)矩陣O;
經(jīng)過上述操作，就可以得到雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)快速成像。
需要說明的是，根據(jù)現(xiàn)有的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)方案和雙站 線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)觀測(cè)方案，雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)快速成像 方法需要的初始化成像系統(tǒng)參數(shù)均為已知。詳見文獻(xiàn)"雙站合成孔徑雷達(dá)成像原 理"，湯子躍等編著，科學(xué)出版社出版。
在上面提到的合成孔徑雷達(dá)后向散射系數(shù)的分布規(guī)律中，選取了瑞利——貝 賽爾分布，對(duì)于不同場(chǎng)景下的其它后向散射系數(shù)分布規(guī)律，例如維布爾分布，高 斯分布等，該方法同樣有效。
在實(shí)際的應(yīng)用中，根據(jù)雷達(dá)實(shí)際的照射區(qū)域，三維成像場(chǎng)景中的包含回波的
14散射點(diǎn)只包含三維空間中某個(gè)特定曲面上的散射點(diǎn)，因此，雙站線陣三維成像合 成孔徑雷達(dá)的成像問題可以轉(zhuǎn)化為基于某種特定曲面的曲面預(yù)測(cè)問題。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于針對(duì)實(shí)際雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)回波中僅包 含三維空間中某特定曲面的回波信號(hào)的特點(diǎn)，采用自適應(yīng)曲面預(yù)測(cè)技術(shù)，只對(duì)三 維空間中的特定曲面進(jìn)行成像處理，與現(xiàn)有的分維處理及三維空間頻域處理算法 相比，該算法具有更小的運(yùn)算量，從而很好的解決了雙站三維成像合成孔徑雷達(dá) 成像方法運(yùn)算量大的問題。
本發(fā)明針對(duì)實(shí)際雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)回波中只包含三維空間中 某特定曲面上的散射點(diǎn)的回波信號(hào)這一特點(diǎn)，采用自適應(yīng)門限檢測(cè)技術(shù)，針對(duì)三 維空間中某特定曲面進(jìn)行曲面預(yù)測(cè)成像處理，從而很好的解決了雙站線陣三維成 像合成孔徑雷達(dá)成像方法運(yùn)算量大的問題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用較小的運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)了雙站線陣三維成像合成孔徑雷 達(dá)三維成像。與現(xiàn)有的三維成像合成孔徑雷達(dá)成像算法相比，本發(fā)明的算法運(yùn)算 量約為現(xiàn)有算法的十分之一。本發(fā)明可以應(yīng)用于合成孔徑雷達(dá)成像，地球遙感等 領(lǐng)域。


圖1為現(xiàn)有雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維后向投影成像方框圖
其中，通道i表示接收機(jī)線陣天線第i個(gè)天線的回波數(shù)據(jù)，/ = 1,...，M。 M表 示天線通道總數(shù)，Pi F表示雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率，n表示雷達(dá)發(fā)射脈沖數(shù)， ,,)表示發(fā)射機(jī)天線相位中心距離散射點(diǎn)f,, ,的距離，,,)表示線陣
接收機(jī)第i個(gè)雷達(dá)接收天線距離散射點(diǎn)^,的距離，(",v,w)為散射點(diǎn)的坐標(biāo)。收
發(fā)天線相位中心可以由說明書中歩驟一的初始化參數(shù)計(jì)算。三維圖像空間為定義 3描述的線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間。距離壓縮為定義2描述的合成孔 徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法。內(nèi)差/重采樣以及相干累加為二維后向投影成像方法 的標(biāo)準(zhǔn)方法。
圖2為現(xiàn)有曲面預(yù)測(cè)方法的高度矩陣圖
該圖表示雙站線陣三維成像的高度矩陣圖。X方向?yàn)榍兴俣确较?y向?yàn)檠?br> 速度方向。區(qū)域1為初始化的7x7小區(qū)域，區(qū)域2為通過預(yù)測(cè)搜索方法得到的沿x方向高度值的初始數(shù)據(jù)，區(qū)域3為通過預(yù)測(cè)搜索方法得到的沿y方向的全場(chǎng)景 高度值數(shù)據(jù)。
圖3為本發(fā)明所提供方法的方框圖
其中，DEM表示數(shù)字高度圖，F(xiàn)&P&S表示"曲面擬合、預(yù)測(cè)與最大值搜索"。 圖4為為本發(fā)明具體實(shí)施方式
采用的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)飛行幾何 關(guān)系圖
其中，PRI表示脈沖重復(fù)周期，Tx表示發(fā)射機(jī)天線相位中心，Rx-APC表示 第i個(gè)接收機(jī)天線相位中心，《(";^0表示發(fā)射機(jī)天線相位中心距離散射點(diǎn)^的
距離，《(",/;^0表示線陣接收機(jī)第i個(gè)雷達(dá)接收天線距離散射點(diǎn)^的距離，
(w，v,—為散射點(diǎn)^的坐標(biāo)系，(義,乂z)為載機(jī)平臺(tái)的坐標(biāo)系，R、 ^為發(fā)、收平
臺(tái)速度矢量，《、《為發(fā)、收天線相位中心對(duì)散射點(diǎn)^的俯視角。
圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
采用的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)表 圖6是本發(fā)明的流程圖
其中BLASAR表示雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在MATLAB7.0 上驗(yàn)證TH確。具體實(shí)施歩驟如下
歩驟一、初始化雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像系統(tǒng)參數(shù) 本具體實(shí)施方式
所采用的系統(tǒng)參數(shù)詳見圖5。
步驟二、雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮
采用合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對(duì)合成孔徑雷達(dá)距離向回波數(shù)據(jù)A進(jìn) 行壓縮，得到距離壓縮后的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，記做g。 步驟三、獲得雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)指標(biāo)集內(nèi)連續(xù)小區(qū)域的高度和
相應(yīng)的散射系數(shù)最大值，即初始化的成像區(qū)域；
采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，對(duì)雙站線陣三
維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間中區(qū)域?yàn)?x7x// (//為成像場(chǎng)景的參考高度)的
區(qū)域Q。 = "x,,,,/z)卜=0…6，7 = 0…6,k [-///2,///2]}內(nèi)所有點(diǎn)進(jìn)行成像處理'得到雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間中區(qū)域?yàn)镈。內(nèi)的所有點(diǎn)的后向散
射系數(shù)，也即雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)指標(biāo)集為 三。=P|Z = /z(x,,_y」,/ = 0 — 6,y = () .6}內(nèi)的所有點(diǎn)沿高度向的后向散射系數(shù)的
分布函數(shù)，記做CT(X，乂/2)。
對(duì)指標(biāo)集三。所對(duì)應(yīng)的后向散射系數(shù)分布函數(shù)沿高度向采用遍歷法進(jìn)行搜索 得到分布函數(shù)沿高度向的散射系數(shù)最大值及與之對(duì)應(yīng)的最大值處的高度；其中， 雙站合成孔徑雷達(dá)沿高度向的后向散射系數(shù)分布函數(shù)CT(X，乂/Z)最大值用
^,^,"表示，而相應(yīng)的高度用/Kx,y)表示； 歩驟四、沿X向?qū)Ω叨冗M(jìn)行擬合預(yù)測(cè)；
采用標(biāo)準(zhǔn)的多項(xiàng)式擬合方法對(duì)已知的J^O行的高度數(shù)據(jù)/2(X,，0),Z、0…6進(jìn) 行多項(xiàng)式擬合，此處我們選擇擬合的階數(shù)為3，即進(jìn)行三階曲面擬合及預(yù)測(cè)，得
到擬合函數(shù)/^/(JC)，把^7帶入擬合函數(shù)"/(x)，得到預(yù)測(cè)高度、。,Oh 歩驟五、獲取檢測(cè)門限；
根據(jù)合成孔徑雷達(dá)的后向散射系數(shù)的分布規(guī)律，選取瑞利——貝塞爾分布。
設(shè)定虛警概率a或者檢測(cè)概率^ ，根據(jù)虛警概率分布函數(shù)或檢測(cè)概率分布函數(shù)及 門限檢測(cè)技術(shù)計(jì)算出檢測(cè)門限^。這里我們已知檢測(cè)概率的分布函數(shù)即瑞利—— 貝塞爾函數(shù)，通過計(jì)算該函數(shù)的均值和方差來獲取檢測(cè)門限。
根據(jù)歩驟三得到的后向散射系數(shù)最大值c7,0c，力，選取^ = 0行的
ax(^0),z、0…6，分別計(jì)算這一組值的中值和方差a^、、，利用式子
/ = afo(2a2 -^)/2(j^得到均值幅度-，按照3必帶寬檢測(cè)準(zhǔn)則，"/V^即為
分布函數(shù)的概率均值、、為其方差。
設(shè)定檢測(cè)概率為0.8，利用門限檢測(cè)技術(shù)，我們得到檢測(cè)門限e; 歩驟六、搜索雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像點(diǎn)的真實(shí)高度； 采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，對(duì)三維成像空 間中的點(diǎn)(7,0，/^)進(jìn)行成像，得到點(diǎn)(7,0,、)的后向散射系數(shù)cr(7，0,^)。
17當(dāng)^(7,0，~)<6>，執(zhí)行上行操作，上行操作定義為采用雙站線陣三維成像合 成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，在點(diǎn)(xj,/0已經(jīng)成像的情況下，對(duì)位于成 像空間中的點(diǎn)(x,y,/2 + h/7),A: 2 1進(jìn)行成像。因此先對(duì)三維成像空間中的點(diǎn) (7,0,~+^)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)(T(7,0,/^+^)，其中^為雙
站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)沿高度向的分辨率。判斷^7(7，0，^+a/7)是否大于
門限6>，如果fT(7,0,、+a/ )〉e，采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向 投影成像方法，對(duì)三維成像空間中的點(diǎn)(7,0,、 + 2A/z)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后 向散射系數(shù)(t(7,0,^ + 2a/z)，當(dāng)"7,0,、 + 2^)<(7(7,0,、 +^)，跳出本次搜索， 且 取 "歸(7，0) = "7,0,~+厶/7) ' /2(7，0) = /z+a/z ， 當(dāng) o"(7，0， ~ + 2a/z) > o"(7，0, ~ +a/z)，對(duì)點(diǎn)。，0，~ + 3^)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向 散射系數(shù)c7(7,0,/^+3a/z)，當(dāng)tr(7,0,、+3^)〈c7(7,0,/^ + 2^)，跳出本次搜索，
且 取 °"max(7,0) = cr(7,0，~+2A/ ) ， /z(7,0) = / + 2aA ， 當(dāng) "7，0,~+2^)<"7，0，~+^)，繼續(xù)本次的上行操作，直至得到滿足條件 (t(7,0,、 + (A; —1)厶/7)〈cr(7,0,、+A:a"〉cr(7,0,/^+(A: + l)a/z)的A;值，此時(shí)令 ct隱(7，0卜o"(7,0,、+A:a/2)， //(7,0) =/z +Aa/z ;當(dāng)o"(7,0,~< 6 ，進(jìn)行下行 操作，下行操作定義為采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方
法，在點(diǎn)(x,乂/7)已經(jīng)成像的情況下，對(duì)位于成像空間中的點(diǎn)(x,乂/2 + "/7)，"-1 進(jìn)行成像。因此對(duì)點(diǎn)(7,0，/2p-a/z)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)
"7,0,~-a。，如果0"(7,0,~-厶/7)>^，對(duì)點(diǎn)(7,0,~-2a。迸行成像'得到該 點(diǎn)的后向散射系數(shù)"7,0,~—2a/z)'如果(t(7,0,、—2^)<o"(7,0,~—』卜跳出 本次搜索，且令 狄(7,0) = (7(7,0,~-厶"，/ (7,0) = U ，當(dāng) o"(7,0,~ - 2a/z) > ct(7,0, 、 一a/z)，對(duì)點(diǎn)(7,0,~ -3^)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向
18散射系數(shù)"7,0，、一3J"當(dāng)o"(7,0,^-3a/z卜o"(7,0，^—2a"，跳出本次搜索， 且 取 "隨(7，0卜o"(7，0,/^-2厶/z) ' / (7，0) = /z —2厶/z ' 當(dāng) "7,0,、-3^X7，0，/^-2A"繼續(xù)本次的下行操作，直至得到滿足條件 cr^O,/ ,,—(々—1)^)<0"(7,0,~—yt厶/ ho"(7,0，/z〃一(/t + l)a/z)的A值，此時(shí)令 o"隨(7,0卜ct(7，0，/2p—yt』)，/2(7，0) = /2 —h/z ; 其中A二2…a/z///2 ;當(dāng) cr(7，0,、—厶/ )<6，轉(zhuǎn)入& = 2處的上行操作，當(dāng)0"(7，0,~ + 2厶/ )<6>，轉(zhuǎn)入* = 2
處的下行操作，這樣上下交替搜索，直至搜索到滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng) 的高度值；當(dāng)沒有搜索到滿足條件的后向散射系數(shù)，取后向散射系數(shù)最大處的高 度值作為成像的最終高度。
當(dāng)7(7，0,~)>^，采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方
法，對(duì)點(diǎn)(7，0, +J)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)c7(7,0,、+^)，對(duì)三
維成像空間中的點(diǎn)(7,0,、 i。進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)
cr(7，0,^—， a/2意文同上；當(dāng)o"(7,0,、一a/7pcr(7,0,、)〉fT(7，0,/^+厶//)，
跳出本次搜索，且取^匪(7,0) = "7,0,、) ，/z(7,0) = /z ;當(dāng)
(7(7，0,~-a/z)<o"(7,0,/zp)<ct(7,0，~+a/2)，進(jìn)入上面敘述的上行操作，直至獲
得滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng)的高度值；當(dāng) ct(7,0,~-^)〉o"(7,0，~)〉o"(7,0，、+a/7)，進(jìn)入上面敘述的下行操作，直至獲
得滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng)的高度值；當(dāng)
"7，0,~-a/2)〉C7(7,0，/^)〈(J(7,(Up+a/7)，進(jìn)入全高度搜索，并取最大散射系
數(shù)及其對(duì)應(yīng)的高度作為滿足條件的散射系數(shù)及高度；當(dāng)在執(zhí)行上行操作或下行操 作時(shí)沒有跳出搜索，則同樣取最大散射系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的高度作為滿足條件的散射 系數(shù)及高度。
在經(jīng)過上述的操作步驟后，我們得到用曲線擬合及預(yù)測(cè)方法的最大后向散射 系數(shù)^, (7,0)及對(duì)應(yīng)的高度/z(7,0);
19歩驟七、基于滑窗的整行預(yù)測(cè)；
取高度值的窗長為7，即沿x向滑動(dòng)得到一組新的高度值/7(x,，0),/^1…7，
重復(fù)運(yùn)用歩驟五與歩驟六相同的預(yù)測(cè)方法，得到滿足條件的最大后向散射系數(shù) 》(8,0)及對(duì)應(yīng)的高度/ (8,0)，這樣把窗位置依次進(jìn)行滑動(dòng)，最后得到^ = 0行
的所有滿足條件的散射系數(shù)和對(duì)應(yīng)的高度； 歩驟八、獲取全場(chǎng)景預(yù)測(cè)的初始數(shù)據(jù)；
按照歩驟六和歩驟七的方法，獲取^ = 1...6行的所有滿足條件的散射系數(shù)和
對(duì)應(yīng)的高度。
歩驟九、進(jìn)行全場(chǎng)景滑窗預(yù)測(cè)；
同樣取高度值的窗長為7，此時(shí)取沿y向滑動(dòng)得到的高度值/^x,,^)，其中
/ = 0 — 128,乂 = 0 — 128;重復(fù)運(yùn)用步驟五與歩驟六相同的預(yù)測(cè)方法，得到所有滿
足條件的最大后向散射系數(shù)c,(x,，^)及對(duì)應(yīng)的高度/z(x,，少,)；
歩驟十、獲取雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)最終成像； 為了減小預(yù)測(cè)成像的誤差，對(duì)經(jīng)過上述歩驟得到的高度值^、,>^組成的矩
陣/Z進(jìn)行窗為7x7的二維中值濾波，得到雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)最終 成像的高度矩陣結(jié)果H及其對(duì)應(yīng)的后向散射系數(shù)矩陣O。
在具體實(shí)施方式
中，通過將本發(fā)明技術(shù)方案的仿真及仿真結(jié)果的測(cè)試可知，
本發(fā)明所提供的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像方法能夠?qū)崿F(xiàn)了雙站線陣 三維成像合成孔徑雷達(dá)成像，與現(xiàn)有的三維成像合成孔徑雷達(dá)分維處理及三維空 間頻域處理成像算法相比，本發(fā)明僅用一個(gè)二維處理就完成了成像，具有更小的 運(yùn)算量。
權(quán)利要求
1、一種雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)快速成像方法，它包括以下步驟步驟一、初始化雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像系統(tǒng)參數(shù)初始化的成像系統(tǒng)參數(shù)包括發(fā)射平臺(tái)與接收平臺(tái)速度矢量 id="icf0001" file="A2008100442270002C1.tif" wi="13" he="4" top= "45" left = "143" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>平臺(tái)初始位置矢量 id="icf0002" file="A2008100442270002C2.tif" wi="16" he="4" top= "55" left = "35" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù)，記做Kc，接收機(jī)線陣天線各陣元相對(duì)平臺(tái)中心位置，記做<overscore>P</overscore>ri，其中i為天線各陣元序號(hào)，為自然數(shù)，i＝0，1，...，M，M為接收機(jī)線陣天線各陣元總數(shù)，雷達(dá)發(fā)射基帶信號(hào)的信號(hào)帶寬，記做B，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度，記做Tp，雷達(dá)接收波門持續(xù)寬度，記做Td，雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率，記做fs，雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率，記做PRF，及接收系統(tǒng)接收波門相對(duì)于發(fā)射信號(hào)發(fā)射波門的延遲，記做TD；上述參數(shù)均為雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，其中，雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù)Kc，雷達(dá)發(fā)射基帶信號(hào)的信號(hào)帶寬B，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度Tp，雷達(dá)接收波門持續(xù)寬度Td，雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率fs，雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率PRF及接收系統(tǒng)接收波門相對(duì)于發(fā)射信號(hào)發(fā)射波門的延遲在雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)確定；其中，發(fā)、收平臺(tái)速度矢量 id="icf0003" file="A2008100442270002C3.tif" wi="11" he="4" top= "147" left = "128" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>及初始位置矢量 id="icf0004" file="A2008100442270002C4.tif" wi="6" he="4" top= "147" left = "172" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0005" file="A2008100442270002C5.tif" wi="4" he="4" top= "158" left = "22" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>在雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)觀測(cè)方案設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定；步驟二、雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮采用合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對(duì)合成孔徑雷達(dá)距離向回波數(shù)據(jù)<overscore>D</overscore>e進(jìn)行壓縮，得到距離壓縮后的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，記做<overscore>E</overscore>c；步驟三、獲得雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)指標(biāo)集內(nèi)連續(xù)小區(qū)域的高度和相應(yīng)的散射系數(shù)最大值，即初始化的成像區(qū)域；采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，對(duì)雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間中區(qū)域?yàn)?×7×H(H為成像場(chǎng)景的參考高度)的區(qū)域Ω0＝{(xi，yj，h)|i＝0…6，j＝0…6，h∈[-H/2，H/2]}內(nèi)所有點(diǎn)進(jìn)行成像處理，得到雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像空間中區(qū)域?yàn)棣?內(nèi)的所有點(diǎn)的后向散射系數(shù)，也即雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)指標(biāo)集為Ξ0＝{z|z＝h(xi，yj)，i＝0…6，j＝0…6}內(nèi)的所有點(diǎn)沿高度向的后向散射系數(shù)的分布函數(shù)，記做σ(x，y，h)；對(duì)指標(biāo)集Ξ0所對(duì)應(yīng)的后向散射系數(shù)分布函數(shù)沿高度向采用遍歷法進(jìn)行搜索得到分布函數(shù)沿高度向的散射系數(shù)最大值及與之對(duì)應(yīng)的最大值處的高度；其中，雙站合成孔徑雷達(dá)沿高度向的后向散射系數(shù)分布函數(shù)σ(x，y，h)最大值用σmax(x，y)表示，而相應(yīng)的高度用h(x，y)表示；步驟四、沿x向?qū)Ω叨冗M(jìn)行擬合預(yù)測(cè)；采用標(biāo)準(zhǔn)的多項(xiàng)式擬合方法對(duì)已知的y＝0行的高度數(shù)據(jù)h(xi，0)，i＝0…6進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，此處我們選擇擬合的階數(shù)為3，即進(jìn)行三階曲面擬合及預(yù)測(cè)，得到擬合函數(shù)h＝f(x)，把x＝7帶入擬合函數(shù)h＝f(x)，得到預(yù)測(cè)高度hp(7，0)；步驟五、獲取檢測(cè)門限；根據(jù)合成孔徑雷達(dá)的后向散射系數(shù)的分布規(guī)律，選取瑞利——貝塞爾分布；設(shè)定虛警概率α或者檢測(cè)概率δ，根據(jù)虛警概率分布函數(shù)或檢測(cè)概率分布函數(shù)及門限檢測(cè)技術(shù)計(jì)算出檢測(cè)門限θ；這里我們已知檢測(cè)概率的分布函數(shù)即瑞利——貝塞爾函數(shù)，通過計(jì)算該函數(shù)的均值和方差來獲取檢測(cè)門限；根據(jù)步驟三得到的后向散射系數(shù)最大值σmax(x，y)，選取y＝0行的σmax(xi，0)，i＝0…6，分別計(jì)算這一組值的中值和方差σmed、sσ，利用式子<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>&beta;</mi><mo>=</mo><mi>abs</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mrow> <mn>2</mn> <mi>&sigma;</mi></mrow><mi>med</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>s</mi><mi>&sigma;</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mn>2</mn><msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>med</mi></msub> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2008100442270003C1.tif" wi="45" he="6" top= "171" left = "22" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>得到均值幅度β，按照3dB帶寬檢測(cè)準(zhǔn)則， id="icf0007" file="A2008100442270003C2.tif" wi="10" he="5" top= "171" left = "152" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>即為分布函數(shù)的概率均值、sσ為其方差；設(shè)定檢測(cè)概率為0.8，利用門限檢測(cè)技術(shù)，我們得到檢測(cè)門限θ；步驟六、搜索雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)圖像點(diǎn)的真實(shí)高度；采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，對(duì)三維成像空間中的點(diǎn)(7，0，hp)進(jìn)行成像，得到點(diǎn)(7，0，hp)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp)；當(dāng)σ(7，0，hp)＜θ，執(zhí)行上行操作，上行操作定義為采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，在點(diǎn)(x，y，h)已經(jīng)成像的情況下，對(duì)位于成像空間中的點(diǎn)(x，y，h+kΔh)，k≥1進(jìn)行成像；因此先對(duì)三維成像空間中的點(diǎn)(7，0，hp+Δh)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp+Δh)，其中Δh為雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)沿高度向的分辨率；判斷σ(7，0，hp+Δh)是否大于門限θ，如果σ(7，0，hp+Δh)＞θ，采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，對(duì)三維成像空間中的點(diǎn)(7，0，hp+2Δh)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp+2Δh)，當(dāng)σ(7，0，hp+2Δh)＜σ(7，0，hp+Δh)，跳出本次搜索，且取σmax(7，0)＝σ(7，0，hp+Δh)，h(7，0)＝h+Δh，當(dāng)σ(7，0，hp+2Δh)＞σ(7，0，hp+Δh)，對(duì)點(diǎn)(7，0，hp+3Δh)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp+3Δh)，當(dāng)σ(7，0，hp+3Δh)＜σ(7，0，hp+2Δh)，跳出本次搜索，且取σmax(7，0)＝σ(7，0，hp+2Δh)，h(7，0)＝h+2Δh ，當(dāng)σ(7，0，hp+2Δh)＜σ(7，0，hp+Δh)，繼續(xù)本次的上行操作，直至得到滿足條件σ(7，0，hp+(k-1)Δh)＜σ(7，0，hp+kΔh)＞σ(7，0，hp+(k+1)Δh)的k值，此時(shí)令σmax(7，0)＝σ(7，0，hp+kΔh)，h(7，0)＝h+kΔh；當(dāng)σ(7，0，hp+Δh)＜θ，進(jìn)行下行操作，下行操作定義為采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，在點(diǎn)(x，y，h)已經(jīng)成像的情況下，對(duì)位于成像空間中的點(diǎn)(x，y，h+kΔh)，k≤-1進(jìn)行成像；因此對(duì)點(diǎn)(7，0，hp-Δh)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp-Δh)，如果σ(7，0，hp-Δh)＞θ，對(duì)點(diǎn)(7，0，hp-2Δh)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp-2Δh)，如果σ(7，0，hp-2Δh)＜σ(7，0，hp-Δh)，跳出本次搜索，且令σmax(7，0)＝σ(7，0，hp-Δh)，h(7，0)＝h-Δh，當(dāng)σ(7，0，hp-2Δh)＞σ(7，0，hp-Δh)，對(duì)點(diǎn)(7，0，hp-3Δh)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp-3Δh)，當(dāng)σ(7，0，hp-3Δh)＜σ(7，0，hp-2Δh)，跳出本次搜索，且取σmax(7，0)＝σ(7，0，hp-2Δh)，h(7，0)＝h-2Δh，當(dāng)σ(7，0，hp-3Δh)＞σ(7，0，hp-2Δh)繼續(xù)本次的下行操作，直至得到滿足條件σ(7，0，hp-(k-1)Δh)＜σ(7，0，hp-kΔh)＞σ(7，0，hp-(k+1)Δh)的k值，此時(shí)令σmax(7，0)＝σ(7，0，hp-kΔh)，h(7，0)＝h-kΔh；其中k＝2…ΔhH/2；當(dāng)σ(7，0，hp-Δh)＜θ，轉(zhuǎn)入k＝2處的上行操作，當(dāng)σ(7，0，hp+2Δh)＜θ，轉(zhuǎn)入k＝2處的下行操作，這樣上下交替搜索，直至搜索到滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng)的高度值；當(dāng)沒有搜索到滿足條件的后向散射系數(shù)，取后向散射系數(shù)最大處的高度值作為成像的最終高度；當(dāng)σ(7，0，hp)＞θ，采用雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)三維反向投影成像方法，對(duì)點(diǎn)(7，0，hp+Δh)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp+Δh)，對(duì)三維成像空間中的點(diǎn)(7，0，hp-Δh)進(jìn)行成像，得到該點(diǎn)的后向散射系數(shù)σ(7，0，hp-Δh)，Δh意義同上；當(dāng)σ(7，0，hp-Δh)＜σ(7，0，hp)＞σ(7，0，hp+Δh)，跳出本次搜索，且取σmax(7，0)＝σ(7，0，hp)，h(7，0)＝h；當(dāng)σ(7，0，hp-Δh)＜σ(7，0，hp)＜σ(7，0，hp+Δh)，進(jìn)入上面敘述的上行操作，直至獲得滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng)的高度值；當(dāng)σ(7，0，hp-Δh)＞σ(7，0，hp)＞σ(7，0，hp+Δh)，進(jìn)入上面敘述的下行操作，直至獲得滿足條件的后向散射系數(shù)及對(duì)應(yīng)的高度值；當(dāng)σ(7，0，hp-Δh)＞σ(7，0，hp)＜σ(7，0，hp+Δh)，進(jìn)入全高度搜索，并取最大散射系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的高度作為滿足條件的散射系數(shù)及高度；當(dāng)在執(zhí)行上行操作或下行操作時(shí)沒有跳出搜索，則同樣取最大散射系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的高度作為滿足條件的散射系數(shù)及高度；在經(jīng)過上述的操作步驟后，我們得到用曲線擬合及預(yù)測(cè)方法的最大后向散射系數(shù)σmax(7，0)及對(duì)應(yīng)的高度h(7，0)；步驟七、基于滑窗的整行預(yù)測(cè)；取高度值的窗長為7，即沿x向滑動(dòng)得到一組新的高度值h(xi，0)，i＝1…7，重復(fù)運(yùn)用步驟五與步驟六相同的預(yù)測(cè)方法，得到滿足條件的最大后向散射系數(shù)σmax(8，0)及對(duì)應(yīng)的高度h(8，0)，這樣把窗位置依次進(jìn)行滑動(dòng)，最后得到y(tǒng)＝0行的所有滿足條件的散射系數(shù)和對(duì)應(yīng)的高度；步驟八、獲取全場(chǎng)景預(yù)測(cè)的初始數(shù)據(jù)；按照步驟六和步驟七的方法，獲取y＝1…6行的所有滿足條件的散射系數(shù)和對(duì)應(yīng)的高度；步驟九、進(jìn)行全場(chǎng)景滑窗預(yù)測(cè)；同樣取高度值的窗長為7，此時(shí)取沿y向滑動(dòng)得到的高度值h(xi，yj)，其中i＝0…128，j＝0…128；重復(fù)運(yùn)用步驟五與步驟六相同的預(yù)測(cè)方法，得到所有滿足條件的最大后向散射系數(shù)σmax(xi，yj)及對(duì)應(yīng)的高度h(xi，yj)；步驟十、獲取雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)最終成像；為了減小預(yù)測(cè)成像的誤差，對(duì)經(jīng)過上述步驟得到的高度值h(xi，yj)組成的矩陣H進(jìn)行窗為7×7的二維中值濾波，二維中值濾波在MATLAB7.0中的函數(shù)為medfilt2()，得到雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)最終成像的高度矩陣結(jié)果H及其對(duì)應(yīng)的后向散射系數(shù)矩陣σ；經(jīng)過上述操作，就可以得到雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)快速成像。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)快速成像方法，它是針對(duì)實(shí)際雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)回波中僅包含三維空間中某特定曲面的回波信號(hào)的特點(diǎn)，采用自適應(yīng)曲面預(yù)測(cè)技術(shù)，針對(duì)三維空間中某特定曲面進(jìn)行曲面預(yù)測(cè)成像處理，從而很好的解決了現(xiàn)有雙站線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)成像方法運(yùn)算量大的問題。本發(fā)明可以應(yīng)用于合成孔徑雷達(dá)成像、地球遙感、地質(zhì)測(cè)繪等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01S13/90GK101561503SQ20081004422
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者君 師, 張曉玲, 李偉華, 王銀波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)