GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法技术

本发明专利技术公开了一种GEO星‑机多基SAR拓扑结构设计方法。其包括建立GEO星‑机多基SAR的空间分辨率模型，构造拓扑结构设计模型，将拓扑结构设计模型转换为多目标优化模型，采用多目标优化方法进行迭代求解，对得到的解集进行非支配排序，选择最优解作为最优拓扑结构。本发明专利技术通过建立GEO星‑机多基SAR的空间分辨率模型，构造拓扑结构设计模型，转换为多目标优化模型，再采用多目标优化方法进行迭代求解，从而得到最优多基拓扑结构，能够使多基融合后的空间分辨率达到最优，显著提高遥感图像的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法
本专利技术属于雷达
，尤其涉及一种GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)是一种全天时、全天候的高分辨率成像系统，通过发射大时宽积的线性调频信号，接收时经匹配滤波得到脉冲压缩信号，以获得距离向高分辨率，利用合成孔径技术实现方位向的高分辨率。成像质量不受天气条件(云层、光照)等影响，具有对远距离目标进行检测和定位的特点。SAR典型的应用领域包括灾害监测、资源勘探、地质测绘、军事侦察等。多基SAR的多个接收平台接收同一目标区域的散射信息能增加获取的信息量，因此，可以给先进的遥感应用带来优势，比如，场景分类、层析SAR、高分辨大场景成像以及分辨率增强。GEO星-机多基SAR由GEO照射源和多个机载接收站组成。其中每一个接收站和GEO照射源组成一个双基SAR系统。由于收发分离，机载接收平台仅包含接收以及同步装置，因此，接收系统具有小型化和低成本的特点。同时，相比于低轨SAR照射源，GEOSAR卫星可以实现对目标区域长时间，高重访的照射。因此，在遥感应用中GEO星-机多基SAR具有使用灵活、方便的优势。多基SAR的一个重要优势是由多个接收平台得到的成像结果可以进行融合来提高分辨率。但是，融合后的空间分辨率严重依赖于多基的拓扑结构。如果采用了不合适的多基拓扑结构，融合后的空间分辨率不能得到极大的改善甚至于恶化。为了得到能实现最优分辨率的多基拓扑结构，现有技术分析了多基拓扑对-3dB分辨单元面积的影响并提出了一种最优的传感器位置配置方法，但该方法仅考虑了固定接收站或发射站的构型并且该方法假定收发平台均位于地平面。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本专利技术提出了一种GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法。本专利技术的技术方案是：一种GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法，包括以下步骤：A、建立GEO星-机多基SAR的空间分辨率模型；B、根据步骤A中空间分辨率模型得到分辨单元面积和分辨率不均衡因子，构造拓扑结构设计模型；C、将步骤B中拓扑结构设计模型转换为多目标优化模型；D、采用多目标优化方法对步骤C中多目标优化模型进行迭代求解，对得到的解集进行非支配排序，选择最优解作为最优拓扑结构。进一步地，所述步骤A中GEO星-机多基SAR的空间分辨率模型具体表示为：其中，χmul(r)表示多基SAR广义模糊函数，|·|表示取模，[·]T表示转置，p(·)和mA(·)分别表示距离信号经匹配滤波器的输出以及归一化接收信号幅度的逆傅里叶变换，N为接收站个数，r表示目标点与临近目标点的任意点之间的距离，c表示光速，λ表示波长，mA表示方位信号经匹配滤波器的输出以及归一化接收信号幅度的逆傅里叶变换，uTA和分别表示由发射站和接收站nth指向目标点的单位向量，ωTA和分别表示发射站和接收站nth的角速度。进一步地，所述步骤B中拓扑结构设计模型具体表示为：其中，F1(x)表示拓扑设计的第一个目标函数，Scell(x)表示分辨单元面积，γ(x)表示分辨率不均衡因子，ρmax和ρmin分别表示最差和最优分辨率。进一步地，所述步骤C将拓扑结构设计模型转换为多目标优化模型具体表示为：其中，F2(x)表示拓扑设计的第一个目标函数。进一步地，所述步骤D采用多目标优化方法对步骤C中多目标优化模型进行迭代求解，对得到的解集进行非支配排序，选择最优解作为最优拓扑结构，具体包括以下分步骤：D1、初始化多目标优化方法的的参数，所述参数包括种群大小M、最大迭代次数Gmax、交叉概率Pc、变异概率Pm、竞赛规模T、交叉因子Ic、变异因子Im；D2、设定遗传代数为1，在决策空间中随机生成多个个体组成初始种群，计算种群中每个个体的适应度值，得到目标函数值；D3、判断遗传代数是否大于设定的最大遗传代数；若是，则对得到的解集进行非支配排序，选择最优解作为最优拓扑结构；若否，则进行下一步骤；D4、采用竞赛选择算子得到两个母代个体，再采用模拟二进制交叉算子生成子代个体，组成子代种群；D5、采用多项式变异算子对子代种群内个体进行变异操作；D6、计算变异后子代种群中每个个体的目标函数值，将母代种群与子代种群合并形成新的种群，按照分解策略将新的种群划分为多个不同的非支配解集；D7、采用选择算子从新的种群中选择多个最优解，得到下一代种群，对遗传代数加1进行更新，返回步骤D3。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过建立GEO星-机多基SAR的空间分辨率模型，构造拓扑结构设计模型，转换为多目标优化模型，再采用多目标优化方法进行迭代求解，从而得到最优多基拓扑结构，能够使多基融合后的空间分辨率达到最优，显著提高遥感图像的空间分辨率。附图说明图1是本专利技术的GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法的流程示意图。图2是本专利技术的GEO星-机多基SAR的几何结构示意图。图3是本专利技术实施例中融合前双基SAR图像1示意图。图4是本专利技术实施例中融合前双基SAR图像2示意图。图5是本专利技术实施例中融合后双基SAR图像示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了方便描述本专利技术的内容，首先对以下术语进行解释：术语1：双基SAR(syntheticapertureradar，合成孔径雷达)双基SAR是指系统发射站和接收站分置于不同平台上的SAR系统，其中至少有一个平台为运动平台，在概念上属于双基地雷达。术语2：GEOSAR(GeosynchronousSAR，地球同步轨道合成孔径雷达)GEOSAR为地球同步轨道合成孔径雷达卫星，运行在具有一定倾角的地球同步轨道上，运行周期与地球自转周期相同。如图1所示，为本专利技术的GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法的流程示意图。一种GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法，包括以下步骤：A、建立GEO星-机多基SAR的空间分辨率模型；B、根据步骤A中空间分辨率模型得到分辨单元面积和分辨率不均衡因子，构造拓扑结构设计模型；C、将步骤B中拓扑结构设计模型转换为多目标优化模型；D、采用多目标优化方法对步骤C中多目标优化模型进行迭代求解，对得到的解集进行非支配排序，选择最优解作为最优拓扑结构。在本专利技术的一个可选实施例中，如图2所示，为本专利技术的GEO星-机多基SAR的几何结构示意图。上述步骤A中双基SAR系统在地面上的两维分辨能力可以由广义模糊函数表示，对N个双基模糊函数采用非相干叠加获得的多基广义模糊函数表示，从而建立GEO星-机多基SAR的空间分辨率模型，具体表示为：其中，χmul(r)表示多基SAR广义模糊函数，|·|表示取模，[·]T表示转置，p(·)和mA(·)分别表示距离信号经匹配滤波器的输出以及归一化接收信号幅度的逆傅里叶变换，N为接收站个数，r表示目标点与临近目标点的任意点之间的距离，c表示光速，λ表示波长，mA表示方位信号经匹配滤波器的输出以及归一化接收信号幅度的逆傅里叶变换，uTA和分别表示由发射站和接收站nth指向目标点的单位向量，ωTA和分别表示发射站和接收站nth的角速度，nth表示第nth个接收站，和的下标n表示对应的接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GEO星‑机多基SAR拓扑结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：A、建立GEO星‑机多基SAR的空间分辨率模型；B、根据步骤A中空间分辨率模型得到分辨单元面积和分辨率不均衡因子，构造拓扑结构设计模型；C、将步骤B中拓扑结构设计模型转换为多目标优化模型；D、采用多目标优化方法对步骤C中多目标优化模型进行迭代求解，对得到的解集进行非支配排序，选择最优解作为最优拓扑结构。

【技术特征摘要】
1.一种GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：A、建立GEO星-机多基SAR的空间分辨率模型；B、根据步骤A中空间分辨率模型得到分辨单元面积和分辨率不均衡因子，构造拓扑结构设计模型；C、将步骤B中拓扑结构设计模型转换为多目标优化模型；D、采用多目标优化方法对步骤C中多目标优化模型进行迭代求解，对得到的解集进行非支配排序，选择最优解作为最优拓扑结构。2.如权利要求1所述的GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法，其特征在于，所述步骤A中GEO星-机多基SAR的空间分辨率模型具体表示为：其中，χmul(r)表示多基SAR广义模糊函数，|·|表示取模，[·]T表示转置，p(·)和mA(·)分别表示距离信号经匹配滤波器的输出以及归一化接收信号幅度的逆傅里叶变换，N为接收站个数，r表示目标点与临近目标点的任意点之间的距离，c表示光速，λ表示波长，mA表示方位信号经匹配滤波器的输出以及归一化接收信号幅度的逆傅里叶变换，uTA和分别表示由发射站和接收站nth指向目标点的单位向量，ωTA和分别表示发射站和接收站nth的角速度。3.如权利要求2所述的GEO星-机多基SAR拓扑结构设计方法，其特征在于，所述步骤B中拓扑结构设计模型具体表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：武俊杰，安洪阳，王雯璟，胡春宇，杨海光，黄钰林，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51