合成孔径雷达映射和配准系统和方法技术方案

合成孔径雷达映射和配准系统和方法。根据一个或更多个实施方式的系统和方法被提供用于合成孔径原始雷达数据的映射和配准以帮助基于SAR的导航。在一个示例中，基于SAR的导航系统包括：存储器，其包括可执行指令；以及处理器，其适于接收与场景的观测视图关联的相位历史数据。处理器还将所接收的与观测视图关联的相位历史数据转换为场景的距离像。将距离像与场景的距离像模板进行比较以估计所接收的相位历史数据中编码的场景相对于参考模板的几何变换。

A Mapping and Registration System for Synthetic Aperture Radar

A mapping and registration system for synthetic aperture radar (SAR) is presented. Systems and methods according to one or more embodiments are provided for mapping and registration of synthetic aperture raw radar data to assist SAR-based navigation. In one example, the SAR-based navigation system includes a memory, which includes executable instructions, and a processor adapted to receive phase history data associated with a view of the scene. The processor also converts the received phase history data associated with the observation view into the range profile of the scene. The range profile is compared with the range profile template of the scene to estimate the geometric transformation of the scene encoded in the received phase history data relative to the reference template.

【技术实现步骤摘要】
合成孔径雷达映射和配准系统和方法
一个或更多个实施方式总体上涉及合成孔径雷达(SAR)映射和配准，更具体地讲，例如，涉及用于基于距离像(rangeprofile)的SAR映射和配准的技术。
技术介绍
在基于合成孔径雷达(SAR)的导航系统领域，正在努力降低计算复杂度和所需资源，特别是在具有有限计算能力的自主平台上。在一些全球定位系统(GPS)被拒绝的环境中，通过SAR影像提供导航指引。传统SAR影像导航系统将在图像处理中开发的技术应用于将场景的处理的SAR图像与相同场景的预期地面地标进行匹配和配准。当代基于SAR的导航方法需要大量的处理和数据资源以用于SAR图像重构和特征检测。因此，需要例如用于具有有限计算能力和资源的系统的平台上的改进的基于合成孔径(SAR)的导航技术。
技术实现思路
根据一个或更多个实施方式本文公开了系统和方法，其提供了用于SAR雷达相位历史数据的匹配和配准的技术，以例如估计数据相对于参考模板的几何变换以便提供导航指引。在一个或更多个实施方式中，场景的SAR相位历史数据被转换到距离像域，并与相同场景的模板的距离像进行比较，以提供用于高效的基于SAR的导航。在一个实施方式中，一种方法包括：接收与场景的观测视图关联的相位历史数据；将所接收的与观测视图关联的相位历史数据转换为场景的距离像；以及将距离像与场景的距离像模板进行比较，以估计所接收的相位历史数据中编码的场景相对于参考模板的几何变换。在另一实施方式中，一种方法包括：从存储器检索场景的相位历史模板数据；将相位历史模板数据转换为场景的距离像模板；以及将场景的距离像模板存储到存储器。在另一实施方式中，一种系统包括：存储器，其包括多个可执行指令；以及处理器，其适于：接收与场景的观测视图关联的相位历史数据；将所接收的与观测视图关联的相位历史数据转换为场景的距离像；以及将距离像与场景的距离像模板进行比较，以估计所接收的相位历史数据中编码的场景相对于参考模板的几何变换。本专利技术的范围由通过引用并入本部分的权利要求限定。通过考虑一个或更多个实施方式的以下详细描述，本领域技术人员将获得对本专利技术的实施方式的更完整理解以及其附加优点的实现。将参照将首先简要描述的附图。附图说明图1示出根据本公开的一个或更多个实施方式的聚光灯模式的基于SAR的导航系统的图。图2示出根据本公开的实施方式的用于导航指引的SAR雷达系统的框图。图3示出描述根据本公开的实施方式的用于估计所接收的相位历史数据中编码的场景相对于参考模板的几何变换的方法的流程图。图4示出描述根据本公开的实施方式的用于估计所接收的相位历史数据中编码的场景相对于参考模板的几何变换的算法的流程图。图5A至图5D示出根据本公开的实施方式的SAR相位历史数据和距离像的曲线图。具体实施方式例如根据一个或更多个实施方式提供了系统和方法，其用于场景的合成孔径雷达(SAR)相位历史数据与预存储的相同场景的模板的匹配和配准以提供导航指引信息。在GPS被拒绝的环境中，无人机、固定翼飞行器、航天器或其它类型的无人或有人载具依赖于基于SAR的成像以提供用于导航。在本文所描述的一个或更多个实施方式中，描述了减少传统基于SAR的导航系统所需的计算、内存和传输带宽的导航技术。例如，传统SAR图像导航技术常常匹配可容易地检测和匹配的多个SAR图像中的突出特征。构造多个SAR图像以用于这些导航技术需要大量的计算资源、内存和传输带宽。在所示实施方式中，本文所描述的系统和方法依赖于从场景的多个视图接收的原始相位历史数据。从场景的一个或更多个视图接收的相位历史数据被转换到距离像域。相同场景的SAR模板(例如，参考模板)的相位历史数据被类似地转换到距离像域。估计所观测的雷达相位历史数据的旋转角和平移，并且使用所估计的旋转角和平移将所观测的雷达相位历史数据匹配到相同场景的模板以方便基于SAR的导航。一种算法用于通过将SAR相位历史模板与所接收的雷达相位历史转换到距离像域来寻找二者间的旋转角和平移。在一些实施方式中，对所接收的雷达相位历史数据进行欠采样，并且对相位历史模板数据进行欠采样，以通过选择与所接收的相位历史数据中采样的观测视图对应的行的一个或更多个子集来匹配。通过利用匹配滤波和Wasserstein距离计算使用所接收的雷达欠采样相位历史数据来估计旋转角。通过首先利用匹配滤波寻找(例如，以相对于飞行器的飞行路径的观测角所观看的)各个观测视图的行移位并利用行移位和具有最小二乘方程的线性方程组求解平移值来估计平移值。图1示出根据本公开的一个或更多个实施方式的基于SAR的导航系统100的图。在一个或更多个实施方式中，基于SAR的导航系统100被实现为聚光灯模式基于SAR的导航系统，然而，如本文所描述的，其它模式实现方式也是可能的。在一些实施方式中，基于SAR的导航系统100被安装在诸如飞行器101的移动平台上，并且例如用于接收场景102的雷达相位历史数据112A-C。电磁波103被顺序地发送，并且后向散射波104被SAR雷达系统收集以用于导航指引105。使用雷达发送和接收的连续时间间隔来沿着飞行路径107在不同位置109A-C处接收场景102的雷达相位历史数据112A-C。所接收的后向散射波104的组合允许构造比物理孔径长度长的合成孔径。处理原始雷达数据的组合(例如，场景102的雷达相位历史数据112A-C)允许构造所捕获的场景102的合成孔径雷达图像110(例如，高分辨率合成孔径雷达图像)。然而，本专利技术不再需要构造合成孔径雷达图像以便执行导航任务，而是直接从所接收的相位历史数据和相位历史模板数据的距离像估计几何变换参数。在一些实施方式中，例如，飞行器101飞过场景102(例如，固定地面位置)或在场景102周围飞行。在一个或更多个实施方式中，飞行器101是任何类型的无人或有人飞行器，例如有人飞机、无人机或轨道航天器。利用例如从安装到飞行器101的用于导航指引的SAR雷达系统105(例如，SAR导航指引系统105)通过线性调频的啁啾信号发送的电磁波103照射场景102。后向散射波104例如在SAR导航指引系统105处从多个观测视图108A、108B和108C接收，并分别被捕获为雷达相位历史数据112A-C。在一些实施方式中，例如，按照1千兆赫至12千兆赫范围内的一个或更多个雷达频率接收后向散射波104的相位历史数据112A-C。图2示出根据本公开的实施方式的用于导航指引的SAR雷达系统105的框图。在一些实施方式中，SAR导航指引系统105用于根据本文所描述的各种技术捕获和处理相位历史数据112A-C。在各种实施方式中，SAR导航指引系统105的组件被设置在例如实现为无人机的飞行器101中。在一个实施方式中，SAR导航指引系统105包括处理器210、合成孔径雷达(SAR)传感器220和天线230。在一个或更多个实施方式中，SAR导航指引系统105被实现为合成雷达装置以从例如场景102(例如，地面位置)的观测视图108A-C捕获相位历史数据112A-C。SAR导航指引系统105表示发送和接收电磁辐射并以原始雷达相位历史数据112A-C的形式提供代表性数据的任何类型的SAR雷达装置。在一些实施方式中，SAR导航指引系统105被实现为在大约1千兆赫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，该方法包括以下步骤：接收与场景的观测视图关联的相位历史数据；将所接收的与观测视图关联的相位历史数据转换为所述场景的距离像；以及将所述距离像与所述场景的距离像模板进行比较，以估计所接收的相位历史数据中编码的所述场景相对于参考模板的几何变换。

【技术特征摘要】
2017.06.22 US 15/630,6901.一种方法，该方法包括以下步骤：接收与场景的观测视图关联的相位历史数据；将所接收的与观测视图关联的相位历史数据转换为所述场景的距离像；以及将所述距离像与所述场景的距离像模板进行比较，以估计所接收的相位历史数据中编码的所述场景相对于参考模板的几何变换。2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：使用匹配滤波和Wasserstein距离来估计所述距离像的旋转角；其中，所述旋转角形成所估计的几何变换的一部分。3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：接收与所述场景的各个观测视图对应的观测角；以及将所述观测角存储在存储器中。4.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括以下步骤：选择所述观测角的子集；以及使用所选择的观测角的子集、匹配滤波和具有最小二乘的线性方程来估计所述距离像的平移值；其中，所述平移值形成所估计的几何变换的一部分。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收的步骤包括：从合成孔径雷达传感器接收与所述场景的所述观测视图关联的所述相位历史数据。6.一种方法，该方法包括以下步骤：从存储器检索场景的相位历史模板数据；将所述相位历史模板数据转换为所述场景的距离像模板；以及将所述距离像模板存储到所述存储器。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述检索的步骤包括：从所述场景的多个相位历史模板数据检索相位历史模板数据的子集。8.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述相位历史模板数据转换为所述距离像模板的步骤包括：使用快速傅...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪康宇，S·劳，B·利姆凯特卡，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US