一种地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法技术

本发明专利技术提供一种地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法，其包括：步骤1，选取GEO?SAR获取干涉数据的轨道，采集轨道上的干涉数据；步骤2，根据步骤1获得的干涉数据利用BP算法进行GEO?SAR成像处理；步骤3，根据经步骤2处理后的GEO?SAR图像建立GEO干涉模型，当相位矢量与成像平面分离时，根据GEO干涉模型进行GEO?SAR干涉高程反演。本发明专利技术的高程反演方法通过建立合理的GEO?SAR干涉模型，实现有效相位矢量与成像平面分离情况下的高程反演处理，解决了GEO?SAR干涉处理的高程反演的核心问题——有效相位矢量与成像平面分离问题，实现了任意位置处利用GEO?SAR干涉处理的高程反演。

A method of height inversion for InSAR in geosynchronous orbit

The present invention provides elevation inversion method, a geosynchronous synthetic aperture radar interferometry which comprises: Step 1, select GEO? SAR to obtain the interference data track, interference data acquisition on track; step 2, step 1 according to the interference data obtained by BP algorithm GEO? SAR imaging; step 3, according to the the 2 step after the treatment of GEO? SAR image to establish GEO interference model, when the phase vector and image plane separation, according to the GEO interference model for the GEO? SAR elevation inversion interference. The elevation inversion method of the present invention through the establishment of reasonable GEO? SAR interference model, to achieve effective elevation inversion processing phase vector and the imaging plane under the condition of separation, solve the core problem of GEO? Elevation inversion SAR interferometry -- the effective phase vector and the imaging plane separation problem, to achieve an arbitrary position by making use of GEO elevation? Inversion of SAR interferometry.

【技术实现步骤摘要】
一种地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法
本专利技术属于合成孔径雷达
，尤其涉及一种地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)是一种全天候、全天时的高分辨率微波遥感成像雷达，可安装在飞机、卫星、导弹等飞行平台上。自上世纪50年代专利技术以来，已经在很多领域取得了越来越广泛的应用，例如灾害控制、植被分析、微波遥感等领域。地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)是运行在36000km高度地球同步椭圆轨道上的SAR卫星。相比于低轨SAR(LEOSAR，轨道高度低于1000Km)而言，GEOSAR具有成像范围大、重访时间短、抗打击与抗摧毁能力强等特点，目前已成为国内外的研究热点。其中干涉处理是GEOSAR研究的一个重要方面。GEOSAR干涉处理的最大难点在于GEOSAR高轨道高度、较大的轨道空变形、严重的摄动影响以及较大的等效前斜角度，使得GEOSAR的有效相位矢量不在成像平面中。对于传统成像算法近直线运动轨迹而言，带高程的地面点在进行二维成像时会投向地面上的某一点。这两个点与轨道上垂直处的点构成了成像平面。然而对于目标点而言，它的有效相位中心位于孔径中心，因此孔径中心与目标连线产生的有效相位矢量并不位于成像平面内。这种分离会导致传统的低轨高程反演的干涉模型严重失效(有时可以相差10倍)；同时由于GEO干涉具有大场景干涉处理的特点，但对于大场景的边缘的目标点采用低轨高程反演的干涉模型进行处理时，同样会使计算得到的模糊高度与真实值相差较大，这会导致一个多周期的目标场景的高程误差在几十米甚至上百米以上。因此，GEOSAR干涉处理的核心问题就是如何解决有效相位矢量与成像平面分离的问题，并且达到较好的精度，这在现有的各种GEOSAR干涉处理算法中并未有提及。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法，该高程反演方法能够通过建立合理的GEOSAR干涉模型，实现有效相位矢量与成像平面分离情况下的高程反演处理，实现任意位置处利用GEOSAR干涉处理的高程反演。本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法包括：步骤1，选取GEOSAR获取干涉数据的轨道，采集所述轨道上的干涉数据：步骤2，根据步骤1获得的干涉数据利用BP算法进行GEOSAR成像处理；步骤3，根据经步骤2处理后的GEOSAR图像建立GEO干涉模型，当相位矢量与成像平面分离时，根据所述GEO干涉模型进行GEOSAR干涉高程反演；进一步的，所述步骤1包括：步骤11，固定卫星的波束指向和下视角，在卫星成像工作时间对应的轨道区间上选取距轨道起始工作时刻和终止工作时刻大于半个合成孔径时间的任意一个位置做为合成孔径中心位置，确定指定视角对应的地面点的经纬度，并将该地面点设定为场景中心点；利用合成孔径时间Ts和脉冲重复时间PRT确定所述第一轨轨道上每个脉冲发射时刻的卫星位置；步骤12，根据两轨之间的时间间隔确定第二轨的位置；进一步的，所述步骤2包括：步骤21，根据所述步骤1采集的干涉数据建立雷达回波信号模型，该雷达回波信号模型如式(1)所示：其中t为距离向时间；n方位向时间；kr为调频斜率；Rn为不同方位向时刻对应的斜距；λ为载波波长；g(t，n)为回波信号包络；步骤22，对所述雷达回波信号模型进行距离向脉冲压缩处理后获得式(2)：其中t为距离向时间；n方位向时间；Rn为不同方位向时刻对应的斜距；λ为载波波长；h(t，n)为距离向脉冲压缩后信号的包络；步骤23，在方位向聚焦时对式(2)进行相位补偿和保相处理获得式(3)：其中i和k指示成像图像上像素点的位置，经过BP算法的反投，图像上(i，k)处的像素值表示为式(4)：其中Rc为合成孔径中心与目标的距离；I为聚焦后的像素点；进一步的，所述步骤3包括：步骤31，根据步骤2获得进行GEOSAR成像处理后的两幅GEOSAR图像，通过所述两幅GEOSAR图像的互相关法计算偏移量插值，然后根据该偏移量插值进行图像配准；步骤32，配准完成后，将所述两幅GEOSAR图像的主图像和辅图像共轭相乘得到干涉相位图，并对所述干涉相位图进行去平地处理得到反映地形高度变化的稀疏干涉条纹；步骤33，利用所述干涉相位图及稀疏干涉条纹生成相关系数图；步骤34，对所述相关系数图采用Goldstein相位滤波方法进行滤除干涉相位噪声处理，采用相位解缠方法进行相位解缠处理；步骤35，根据经步骤34处理后的相关系数图，将相位矢量与成像平面分离获得GEOSAR干涉模型，然后将主辅卫星位置投影到成像平面进行分析，根据所述GEOSAR干涉模型推导获得高程反演表达式进行高程反演：步骤36，通过地理编码将所述GEOSAR干涉模型及高程反演表达式中的斜距方位坐标转化到地距方位坐标。进一步的，所述步骤12包括：步骤121，利用卫星通过所述第一轨轨道的孔径中心位置、所述场景中心点及该卫星下点位置所组成平面的时刻确定第二轨的孔径中心时刻；步骤122，以第二轨的孔径中心对应的卫星时刻为基准时刻向卫星轨道的前后时间方向每一个脉冲重复时间PRT在卫星轨道上确定一个第二轨轨道上每个脉冲发射时刻的卫星位置，直到延伸至基准时刻的前后半合成孔径时间长度。本专利技术的有益效果在于：本专利技术能够通过建立合理的GEOSAR干涉模型，实现有效相位矢量与成像平面分离情况下的高程反演处理，解决了GEOSAR干涉处理的高程反演的核心问题——有效相位矢量与成像平面分离问题，实现了任意位置处GEOSAR干涉处理的高程反演，具有良好的效果和精度。附图说明图1为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法的GEOSAR干涉处理轨道选取示意图；图2为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法的GEOSARBP成像算法示意图；图3为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法的GEOSAR干涉高程反演流程图；图4为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法的GEOSAR空间干涉模型示意图；图5为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法的GEOSAR干涉有效相位矢量与成像平面分离情况下干涉三维结构结构示意图；图6为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法的GEOSAR干涉结果示意图；图7为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法的去除平地相位处理后的结果示意图；图8为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法的相位滤波后的结果示意图；图9为本专利技术的地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法，其特征在于，包括：?步骤1，选取GEO?SAR获取干涉数据的轨道，采集所述轨道上的干涉数据；?步骤2，根据步骤1获得的干涉数据利用BP算法进行GEO?SAR成像处理；?步骤3，根据经步骤2处理后的GEO?SAR图像建立GEO干涉模型，当相位矢量与成像平面分离时，根据所述GEO干涉模型进行GEO?SAR干涉高程反演；?进一步的，所述步骤1包括：?步骤11，固定卫星的波束指向和下视角，在卫星成像工作时间对应的轨道区间上选取距轨道起始工作时刻和终止工作时刻大于半个合成孔径时间的任意一个位置做为合成孔径中心位置，确定指定视角对应的地面点的经纬度，并将该地面点设定为场景中心点；?利用合成孔径时间Ts和脉冲重复时间PRT确定所述第一轨轨道上每个脉冲发射时刻的卫星位置；?步骤12，根据两轨之间的时间间隔确定第二轨的位置；?进一步的，所述步骤2包括：?步骤21，根据所述步骤1采集的干涉数据建立雷达回波信号模型，该雷达回波信号模型如式(1)所示：?其中t为距离向时间；n方位向时间；kr为调频斜率；Rn为不同方位向时刻对应的斜距；λ为载波波长；g(t，n)为回波信号包络；?步骤22，对所述雷达回波信号模型进行距离向脉冲压缩处理后获得式(2)：?其中t为距离向时间；n方位向时间；Rn为不同方位向时刻对应的斜距；λ为载波波长；h(t，n)为距离向脉冲压缩后信号的包络；?步骤23，在方位向聚焦时对式(2)进行相位补偿和保相处理获得式(3)：?其中i和k指示成像图像上像素点的位置，经过BP算法的反投，图像上(i，k)处的像素值表示为式(4)：?其中Rc为合成孔径中心与目标的距离；I为聚焦后的像素点。?FDA0000403617010000011.jpg,FDA0000403617010000012.jpg,FDA0000403617010000021.jpg,FDA0000403617010000022.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种地球同步轨道合成孔径雷达干涉的高程反演方法，其特征在于，包括：步骤1，选取GEOSAR获取干涉数据的轨道，采集所述轨道上的干涉数据；步骤2，根据步骤1获得的干涉数据利用BP算法进行GEOSAR成像处理；步骤3，根据经步骤2处理后的GEOSAR图像建立GEO干涉模型，当相位矢量与成像平面分离时，根据所述GEO干涉模型进行GEOSAR干涉高程反演；进一步的，所述步骤1包括：步骤11，固定卫星的波束指向和下视角，在卫星成像工作时间对应的轨道区间上选取距轨道起始工作时刻和终止工作时刻大于半个合成孔径时间的任意一个位置做为合成孔径中心位置，确定指定视角对应的地面点的经纬度，并将该地面点设定为场景中心点；利用合成孔径时间Ts和脉冲重复时间PRT确定所述第一轨轨道上每个脉冲发射时刻的卫星位置；步骤12，根据两轨之间的时间间隔确定第二轨的位置；进一步的，所述步骤2包括：步骤21，根据所述步骤1采集的干涉数据建立雷达回波信号模型，该雷达回波信号模型如式(1)所示：其中t为距离向时间；n方位向时间；kr为调频斜率；Rn为不同方位向时刻对应的斜距；λ为载波波长；g(t,n)为回波信号包络；步骤22，对所述雷达回波信号模型进行距离向脉冲压缩处理后获得式(2)：其中t为距离向时间；n方位向时间；Rn为不同方位向时刻对应的斜距；λ为载波波长；h(t,n)为距离向脉冲压缩后信号的包络；步骤23，在方位向聚焦时对式(2)进行相位补偿和保相处理获得式(3)：

【专利技术属性】
技术研发人员：胡程，龙腾，李元昊，李延，曾涛，丁泽刚，
申请(专利权)人：北京理工大学，北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：