一种基于GPS卫星信号的三维成像系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于GPS卫星信号的三维成像系统及其实现方法，包括：信号接收模块，接收来自基于GPS卫星发射的第一射频信号以及从成像区域返回的第二至第十射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一至第十信号，所述信号接收模块包括天线组件，所述天线组件安装在水平轨道上并在系统工作时一直处于水平移动状态；通信模块，将信号接收模块输出的第一至第十信号传输至所述软件模块；坐标接收模块，与天线组件绑定，用于获取天线组件的实时坐标，并传输至软件模块；软件模块，包括第一至五处理模块，对第一至第十信号进行一系列处理，获得三维图像。本发明专利技术可以解决现有三维成像系统价格高，成像性能差，观测时间受限的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPS卫星信号的三维成像系统及其实现方法
本专利技术涉及一种基于GPS卫星信号的三维成像系统及其实现方法，具体涉及一种采用GPS卫星信号进行三维成像的系统及其实现方法，属于遥感领域。
技术介绍
三维成像系统是一类能够对在物体进行三个维度的信息进行表达的成像系统，在遥感领域有着广泛的应用。现有的三维成像相关的技术方案如《CN-201410353015-差分干涉合成孔径激光三维成像雷达收发装置》，《CN-201610124074-三维成像激光雷达系统》皆为主动式雷达系统，《CN-201510503919-一种窄带被动雷达三维成像方法》采用窄带信号进行三维成像的被动式雷达系统，综上，其缺点主要包括：(1)主动式雷达系统包括发射机和接收机，成本较高。(2)上述窄带雷达系统采用角度信息进行对空目标分辨，成像分辨率低，效果差。(3)传统的光学雷达系统极易受到天气的影响，不能支持全天时全天候观测。因此，如何降低系统价格并同时如提高三维成像性能，进而支持全天时、全天候观测是亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是：提供一种基于GPS卫星信号的三维成像系统及其实现方法，以解决系统价格高，成像性能差，观测时间受限的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于GPS卫星信号的三维成像系统，其特征在于，包括：信号接收模块，用于在相同的频域和时域上接收来自GPS卫星发射的第一射频信号以及从成像区域返回的第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号；所述信号接收模块包括天线组件，所述天线组件安装在水平轨道上并在系统工作时一直处于水平移动状态；通信模块，用于将信号接收模块输出的第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号传输至所述软件模块；坐标接收模块，与天线组件绑定，用于获取天线组件的实时坐标，并传输至软件模块；软件模块，包括第一处理模块，第二处理模块，第三处理模块，第四处理模块，第五处理模块，其中：所述第一处理模块，用于对所述第一信号进行频域滤波，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GPS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GPS卫星位置信息向量；所述第二处理模块，用于对所述第二信号进行时域滤波处理，并结合坐标接收模块获取的天线组件实时坐标以及GPS卫星位置信息向量获得第一图像；进而对第三、四……十信号，依次按照第二信号的处理流程，分别获得第二、……、第九图像；所述第三处理模块，用于对第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像进行地理匹配处理，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像；所述第四处理模块，用于对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并，形成地理匹配三维矩阵；进而对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵；所述第五处理模块，用于对所述地理匹配频域矩阵的第三维进行频率二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；进而对所述地理匹配频域滤波矩阵的第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。进一步地，所述信号接收模块还包括射频组件及模数转换组件；所述天线组件包括第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十天线，其中，所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线从高到低垂直部署，所述第二天线在最高处，所述第十天线在最低处，相邻天线间隔0.5米，所述三维成像系统搭载在高楼楼顶上，天线组件在楼顶上水平移动，所述第一天线指向天空，用于接收所述第一射频信号，所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线指向成像区域，用于接收所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号；所述射频组件包括低噪声放大电路和带通滤波器电路，所述模数转换组件用于将所述射频组件输出的信号进行模数转换，并输出第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号。进一步的，所述第一处理模块包括解扩频组件，峰值检测组件以及差分检测组件，其中：所述解扩频组件用于对接收信号进行解扩频操作，获得第一峰值位置信息向量；峰值检测组件用于对所述峰值信号进行获取操作，进而获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量；差分检测组件用于对所述峰值的幅度进行差分处理，进而获得GPS电文信息向量、GPS卫星位置信息向量。进一步的，所述第二处理模块包括帧结构生成组件和资源映射组件，距离向时域滤波组件，成像场景矩阵重构组件和方位向时域滤波组件，其中：所述帧结构生成组件产生GPS信号的时域码信号；所述资源映射组件将所述第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GPS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GPS卫星位置信息向量和所述时域码信号进行资源映射，获得参考信号；所述距离向时域滤波组件对参考信号和第二、三、四、五、六、七、八、九、十信号进行距离向时域滤波，获得第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号；所述成像场景矩阵重构组件对成像场景中的目标像素点进行几何计算，获得成像场景矩阵；所述方位向时域滤波组件对天线组件坐标，GPS卫星位置信息向量和成像场景矩阵进行几何计算，获得方位向参考信号；进而对所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得成像区域的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像。进一步地，所述第三处理模块包括差值均值计算组件和匹配图像获取组件，其中：所述差值均值计算组件对所述第一图像和任意其他图像进行差值均值计算，获得差值均值向量；所述匹配图像获取组件采用差值均值向量的最大值和最大值所在位置，获取地理匹配图像。进一步地，所述第四处理模块包括图像合并组件和傅里叶变换组件，其中：所述图像合并组件对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并处理，形成地理匹配三维矩阵；所述傅里叶变换组件对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵。进一步地，所述第五处理模块包括频率二项式滤波组件和傅里叶逆变换组件，其中：所述频率二项式滤波组件对所述地理匹配频域矩阵第三维进行频域二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；所述傅里叶逆变换组件对所述地理匹配频域滤波矩阵第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。一种基于GPS卫星信号的三维成像系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)所述三维成像系统上电开始工作，天线组件开始水平移动，用于接收所述第一射频信号的第一天线指向天空，用于接收所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号的第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线指向成像区域；(2)所述通信模块将第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号采集起来，并传输至所述软件模块；(3)所述坐标接收模块获取天线组件所在实时位置，并传输至所述软件模块；(4)所述第一处理模块对所述第一信号进行频域滤波，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GPS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GPS卫星位置信息向量；(5)所述第二处理模块对所述第二信号进行时域滤波处理，并结合坐标接收模块获取的天线组件实时坐标以及GPS卫星坐标获得第一图像；进而对第三、四……十信号，依次按照第二信号的处理流程，分别获得第二、……、第九图像；(6)所述第三处理模块对第一、二、三、四、五、六、七、八、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GPS卫星信号的三维成像系统，其特征在于，包括：信号接收模块，用于在相同的频域和时域上接收来自GPS卫星发射的第一射频信号以及从成像区域返回的第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号；所述信号接收模块包括天线组件，所述天线组件安装在水平轨道上并在系统工作时一直处于水平移动状态；通信模块，用于将信号接收模块输出的第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号传输至所述软件模块；坐标接收模块，与天线组件绑定，用于获取天线组件的实时坐标，并传输至软件模块；软件模块，包括第一处理模块，第二处理模块，第三处理模块，第四处理模块，第五处理模块，其中：所述第一处理模块，用于对所述第一信号进行频域滤波，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GPS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GPS卫星位置信息向量；所述第二处理模块，用于对所述第二信号进行时域滤波处理，并结合坐标接收模块获取的天线组件实时坐标以及GPS卫星位置信息向量获得第一图像；进而对第三、四……十信号，依次按照第二信号的处理流程，分别获得第二、……、第九图像；所述第三处理模块，用于对第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像进行地理匹配处理，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像；所述第四处理模块，用于对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并，形成地理匹配三维矩阵；进而对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵；所述第五处理模块，用于对所述地理匹配频域矩阵的第三维进行频率二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；进而对所述地理匹配频域滤波矩阵的第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS卫星信号的三维成像系统，其特征在于，包括：信号接收模块，用于在相同的频域和时域上接收来自GPS卫星发射的第一射频信号以及从成像区域返回的第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号；所述信号接收模块包括天线组件，所述天线组件安装在水平轨道上并在系统工作时一直处于水平移动状态；通信模块，用于将信号接收模块输出的第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号传输至所述软件模块；坐标接收模块，与天线组件绑定，用于获取天线组件的实时坐标，并传输至软件模块；软件模块，包括第一处理模块，第二处理模块，第三处理模块，第四处理模块，第五处理模块，其中：所述第一处理模块，用于对所述第一信号进行频域滤波，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GPS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GPS卫星位置信息向量；所述第二处理模块，用于对所述第二信号进行时域滤波处理，并结合坐标接收模块获取的天线组件实时坐标以及GPS卫星位置信息向量获得第一图像；进而对第三、四……十信号，依次按照第二信号的处理流程，分别获得第二、……、第九图像；所述第三处理模块，用于对第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像进行地理匹配处理，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像；所述第四处理模块，用于对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并，形成地理匹配三维矩阵；进而对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵；所述第五处理模块，用于对所述地理匹配频域矩阵的第三维进行频率二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；进而对所述地理匹配频域滤波矩阵的第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。2.根据权利要求1所述的基于GPS卫星信号的三维成像系统，其特征在于：所述信号接收模块还包括射频组件及模数转换组件；所述天线组件包括第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十天线，其中，所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线从高到低垂直部署，所述第二天线在最高处，所述第十天线在最低处，相邻天线间隔0.5米，所述三维成像系统搭载在高楼楼顶上，天线组件在楼顶上水平移动，所述第一天线指向天空，用于接收所述第一射频信号，所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线指向成像区域，用于接收所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号；所述射频组件包括低噪声放大电路和带通滤波器电路，所述模数转换组件用于将所述射频组件输出的信号进行模数转换，并输出第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号。3.根据权利要求1所述的基于GPS卫星信号的三维成像系统，其特征在于：所述第一处理模块包括解扩频组件，峰值检测组件以及差分检测组件，其中：所述解扩频组件用于对接收信号进行解扩频操作，获得第一峰值位置信息向量；峰值检测组件用于对所述峰值信号进行获取操作，进而获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量；差分检测组件用于对所述峰值的幅度进行差分处理，进而获得GPS电文信息向量、GPS卫星位置信息向量。4.根据权利要求1所述的基于GPS卫星信号的三维成像系统，其特征在于：所述第二处理模块包括帧结构生成组件和资源映射组件，距离向时域滤波组件，成像场景矩阵重构组件和方位向时域滤波组件，其中：所述帧结构生成组件产生GPS信号的时域码信号；所述资源映射组件将所述第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GPS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GPS卫星位置信息向量和所述时域码信号进行资源映射，获得参考信号；所述距离向时域滤波组件对参考信号和第二、三、四、五、六、七、八、九、十信号进行距离向时域滤波，获得第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号；所述成像场景矩阵重构组件对成像场景中的目标像素点进行几何计算，获得成像场景矩阵；所述方位向时域滤波组件对天线组件坐标，GPS卫星位置信息向量和成像场景矩阵进行几何计算，获得方位向参考信号；进而对所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得成像区域的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像。5.根据权利要求1所述的基于GPS卫星信号的三维成像系统，其特征在于：所述第三处理模块包括差值均值计算组件和匹配图像获取组件，其中：所述差值均值计算组件对所述第一图像和任意其他图像进行差值均值计算，获得差值均值向量；所述匹配图像获取组件采用差值均值向量的最大值和最大值所在位置，获取地理匹配图像；所述第四处理模块包括图像合并组件和傅里叶变换组件，其中：所述图像合并组件对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并处理，形成地理匹配三维矩阵；所述傅里叶变换组件对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵；所述第五处理模块包括频率二项式滤波组件和傅里叶逆变换组件，其中：所述频率二项式滤波组件对所述地理匹配频域矩阵第三维进行频域二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；所述傅里叶逆变换组件对所述地理匹配频域滤波矩阵第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。6.一种基于GPS卫星信号的三维成像系统的实现方法，采用如权利要求1-5任一项所述的基于GPS卫星信号的三维成像系统，其特征在于，包括如下步骤：(1)所述三维成像系统上电开始工作，天线组件开始水平移动，用于接收所述第一射频信号的第一天线指向天空，用于接收所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号的第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线指向成像区域；(2)所述通信模块将第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号采集起来，并传输至所述软件模块；(3)所述坐标接收模块获取天线组件所在实时位置，并传输至所述软件模块；(4)所述第一处理模块对所述第一信号进行频域滤波，获得第一峰值角度向量、第一峰值频率向量、GPS电文信息向量、第一峰值位置信息向量及GPS卫星位置信息向量；(5)所述第二处理模块对所述第二信号进行时域滤波处理，并结合坐标接收模块获取的天线组件实时坐标以及GPS卫星坐标获得第一图像；进而对第三、四……十信号，依次按照第二信号的处理流程，分别获得第二、……、第九图像；(6)所述第三处理模块对第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像进行地理匹配处理，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像；(7)所述第四处理模块所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并，形成地理匹配三维矩阵；进而对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾张帆，邢赛楠，潘永才，刘文超，周艳玲，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42