多角度SAR立体成像方法技术

本发明专利技术的多角度SAR立体成像方法涉及通过数学模型得到多角度的SAR立体成像方法，目的是为了现有多角度SAR立体成像过程需要结合几何关系求解，求解过程不够顺畅，以及在斜视情况下，求解出的目标三维坐标存在大误差的问题，具体步骤如下：步骤一、获得多个角度的SAR回波数据和SAR运动轨迹；步骤二、得到多个不同角度的SAR图像，组成多角度的SAR图像序列；步骤三、构建本质矩阵；以及获取多角度的SAR图像序列中的同名点坐标；步骤四、通过多角度的SAR图像序列中的同名点坐标与本质矩阵构建投影方程，计算目标的三维坐标，进而通过目标的三维坐标对目标进行立体成像。维坐标对目标进行立体成像。维坐标对目标进行立体成像。

【技术实现步骤摘要】
多角度SAR立体成像方法


[0001]本专利技术涉及通过数学模型得到多角度的SAR立体成像方法。

技术介绍

[0002]SAR立体成像是SAR目标探测与地理测量的重要研究方向。经过多年的发展，目前SAR立体成像技术实现主要方法包含：层析SAR三维成像、干涉SAR三维成像、圆迹SAR三维成像、阵列SAR三维成像和多角度SAR三维成像。如今SAR三维成像技术研究重点聚焦在如何减少三维重建需要的基线数目，多角度SAR立体成像技术能够在单次航过中实现目标立体成像，因此多角度SAR立体成像技术备受关注。
[0003]目前，多角度SAR立体成像主要实现方法两类：第一类是根据多普勒调频率误差与目标高度的关系式，计算目标高度；第二类是建立多角度SAR几何投影模型，根据目标在不同角度观测下SAR图像中偏移量计算目标高度。上述的方法仅仅建立了几何模型，但是没有分析目标与SAR图像中目标投影点的数学关系式，导致立体成像过程需要结合几何关系求解，求解过程不够顺畅；同时大部分算法都是分析SAR航迹为正侧视情况下多角度SAR图像三维重建问题，在斜视情况下，上述几何投影方法求解出的目标三维坐标存在大误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了现有多角度SAR立体成像过程需要结合几何关系求解，求解过程不够顺畅，以及在斜视情况下，求解出的目标三维坐标存在大误差的问题，提供了一种多角度SAR立体成像方法。
[0005]本专利技术的多角度SAR立体成像方法，具体步骤如下：
[0006]步骤一、通过合成孔径雷达SAR在多个角度观测目标，获得多个角度的SAR回波数据和SAR运动轨迹；
[0007]步骤二、利用多个角度的SAR回波数据在成像平面上对目标进行成像，得到多个不同角度的SAR图像，组成多角度的SAR图像序列；
[0008]步骤三、基于SAR运动轨迹与SAR图像的中心点，构建本质矩阵；
[0009]以及根据测度函数对多角度的SAR图像序列进行配准，获取多角度的SAR图像序列中的同名点坐标；
[0010]步骤四、通过多角度的SAR图像序列中的同名点坐标与本质矩阵构建投影方程，计算目标的三维坐标，进而通过目标的三维坐标对目标进行立体成像。
[0011]进一步地，SAR运动轨迹为直线。
[0012]进一步地，步骤二中的成像平面为地距成像平面。
[0013]进一步地，步骤三中构建的本质矩阵如下：
[0014]E＝CrHRT
[0015]其中，C为像素点转换矩阵、r为逆旋转变换矩阵、H为基础矩阵、R为旋转矩阵、T为平移矩阵；
[0016]且基础矩阵为：
[0017][0018]其中，θ为SAR的下视角，O
′
(x
′
O
,y
′
O
,z
′
O
)为SAR图像的中心点坐标；
[0019]为SAR运动轨迹的俯仰角；T(x
T
,y
T
,z
T
)为SAR运动轨迹的相位中心坐标点，其中x
T
＝0；T0(x
T0
,y
T0
,z
T0
)为SAR运动轨迹上除相位中心坐标点外其余的轨迹点；
[0020][0021]进一步地，步骤四的具体方法如下：
[0022]步骤四一、构建投影方程m＝(CrHRT)M＝EM；m为多角度的SAR图像序列中的同名点坐标；M为目标坐标点P的矩阵表达式，且M中包含目标的三维坐标；
[0023]步骤四二、求解M矩阵，得到目标三维坐标。
[0024]进一步地，像素点转换矩阵C通过SAR的图像分辨率获得，且：
[0025][0026]其中，ρ
x
为SAR图像沿X轴方向上一个像素的长度，ρ
y
为SAR图像沿Y轴方向上一个像素的长度。
[0027]进一步地，平移矩阵用于经SAR运动轨迹运动轨迹相位中心坐标点的X轴坐标平移到原点上方。
[0028]进一步地，旋转矩阵用于使SAR运动轨迹的相位中心与目标连线的投影与Y轴重合。
[0029]进一步地，逆旋转变换矩阵r为R
‑1的前三行与前三列构成的矩阵，且用于将SAR图像变换为原坐标系。
[0030]进一步地，步骤三中，测度函数为：
[0031][0032]其中，I
i
与I
j
表示多角度的SAR图像序列中待配准两个SAR图像，2K+1为配准框大小，且K＞0；μ
i
和μ
j
分别为两个SAR图像待配准区域的均值，所述待配准区域为配准框所框选区域；(x
i
,y
i
)和(x
j
,y
j
)分别为两个SAR图像中任意坐标点，(x,y)为配准框范围内增量。
[0033]本专利技术的有益效果是：
[0034]本专利技术提出了任意SAR直线运动轨迹下，目标与SAR图像目标点投影关系，构建目
标与SAR图像投影的数学模型，给出该数学模型下三维坐标求解方法，并给出了基于本质矩阵的多角度SAR立体成像方法。解决了立体成像过程中对雷达与目标几何关系的需求，将目标三维坐标求解问题转化为数学方程组未知数求解过程；同时也解决了斜视情况下求解的目标三维坐标误差大的问题。
[0035]本专利技术摒弃了几何模型求解三维坐标方法，提出了多角度SAR投影的数学模型，将三维成像问题转化为数学方程求解问题；模型充分考虑了SAR不同的运动轨迹，适用于各类SAR直线运动轨迹下立体成像，包含斜视等情况，确保了模型的适用范围，符合实际需求；
[0036]本专利技术给出了基于该模型的三维成像的求解方法与思路，算法求解复杂度低，三维重构速度快；同时为后续三维成像提供了研究方向，具有开拓性；
[0037]本专利技术充分考虑三维成像过程细节问题，保证了三维成像结果质量。
附图说明
[0038]图1为SAR几何投影示意图，即目标点投影到SAR图像的示意图；
[0039]图2为SAR坐标系变换示意图；
[0040]图3为目标的三维模型。
[0041]图4是多个不同角度的SAR图像，即多角度的SAR图像序列；
[0042]图5是本专利技术的立体成像示意图。
具体实施方式
[0043]具体实施方式一，本专利技术的多角度SAR立体成像方法，如图1～图5所示包括，
[0044]1、可以采用仿真的方法进行，基于目标的三维模型(图3)与射线追踪法仿真获得多角度的SAR回波数据，并记录SAR的运动轨迹参数、雷达参数和SAR成像参数(包括SAR图像分辨率)；
[0045]本实施方式中，多角度的SAR回波数据采用仿真获取，回波获取过程包括：目标三维建模、射线追踪、SAR轨迹仿真和目标回波生成；目标三维建模复杂生成仿真目标的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多角度SAR立体成像方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、通过合成孔径雷达SAR在多个角度观测目标，获得多个角度的SAR回波数据和SAR运动轨迹；步骤二、利用多个角度的SAR回波数据在成像平面上对目标进行成像，得到多个不同角度的SAR图像，组成多角度的SAR图像序列；步骤三、基于SAR运动轨迹与SAR图像的中心点，构建本质矩阵；以及根据测度函数对多角度的SAR图像序列进行配准，获取多角度的SAR图像序列中的同名点坐标；步骤四、通过多角度的SAR图像序列中的同名点坐标与本质矩阵构建投影方程，计算目标的三维坐标，进而通过目标的三维坐标对目标进行立体成像。2.根据权利要求1所述的多角度SAR立体成像方法，其特征在于，SAR运动轨迹为直线。3.根据权利要求2所述的多角度SAR立体成像方法，其特征在于，步骤二中的成像平面为地距成像平面。4.根据权利要求1、2或3所述的多角度SAR立体成像方法，其特征在于，步骤三中构建的本质矩阵如下：E＝CrHRT其中，C为像素点转换矩阵、r为逆旋转变换矩阵、H为基础矩阵、R为旋转矩阵、T为平移矩阵；且基础矩阵为：其中，θ为SAR的下视角，O
′
(x
′
O
,y
′
O
,z
′
O
)为SAR图像的中心点坐标；为SAR运动轨迹的俯仰角；T(x
T
,y
T
,z
T
)为SAR运动轨迹的相位中心坐标点，其中x
T
＝0；T0(x
T0
,y
T0
,z
T0
)为SAR运动轨迹上除相位中心坐标点外其余的轨迹点；5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李高鹏，徐乾坤，张云，涂尚坦，薛伶玲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：