基于地基雷达重轨差分干涉技术的月球表面形变测量方法技术

本发明专利技术涉及雷达信号处理技术领域，特别涉及一种基于雷达差分干涉技术的月球表面形变测量方法。本发明专利技术是独立于基于LLR与LOLA的又一种月球表面形变测量方法，与传统方法有着本质的不同，其依靠干涉图像的形变相位变化直接反演月球表面形变，因此形变测量精度可达亚波长级(mm级)。此外，由于测量精度远高于月球表面潮汐形变量，因此，不需要大量数据的拟合与交叉验证处理，即可得到精确的形变测量值，模型依赖程度低，且运算量更小。且运算量更小。且运算量更小。

【技术实现步骤摘要】
基于地基雷达重轨差分干涉技术的月球表面形变测量方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，特别涉及一种基于雷达差分干涉技术的月球表面形变测量方法。

技术介绍

[0002]月球表面形变测量是反演月球内核大小的重要参数，对于人类未来月球科研站的健康监测也能提供信息。然而，目前以月球表面潮汐形变为主的形变量仅为10cm左右，测量如此小的形变量是一件十分具有挑战的事情。目前，月球表面潮汐形变测量方法可以分为两类：第一类是基于月球激光测距技术(LLR)，其利用激光照射月球表面放置的激光反射器，获得地月距离，通过长时间观测地月距离变化，反演月球表面形变量。目前，地月激光测距精度可达厘米级，虽然改测量精度与月球表面形变量位于同一量级，但是通过长时间的大量观测数据，可精确反演拟合出月球表面形变量的大小；第二类方法是基于月球轨道激光测高仪(LOLA)，其利用通过测量被月球表面反射的不同波束间的时间差以确定距离，不同于月球激光测距技术，其测量的是月球表面到轨道探测器之前的距离，因此其测量精度严重依赖于轨道探测器的轨道定位精度，目前LOLA的测量精度为高度向10cm，水平向1m。虽然该测量精度远大于月球表面的形变量，但是通过大量数据间的交叉验证技术，可以有效的反演出月球表面的形变量。同时，与LLR相比，LOLA测量方法不依赖于月球表面的激光发射器，具有大面积的测量潜力。
[0003]综上，上述两种方法仪器本身的测量精度都难以保证月球表面形变的直接测量，且都严重依赖于大量数据的拟合与交叉验证，模型依赖严重，数据运算量极大。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于雷达差分干涉技术的月球表面形变测量方法，本专利技术的测量方法与传统的LLR与LOLA测距方法不同，本专利技术的方法通过不同时间内月球表面的相位变化可直接反演月球表面的形变量，测量精度可达亚波长级(mm)，本专利技术具备测量精度高、运算量小、模型依赖程度小等优点，是独立于LLR与LOLA的又一种形变测量方法。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]基于地基雷达重轨差分干涉技术的月球表面形变测量方法，该方法的步骤包括：
[0007]第一步，获取目标的差分干涉SAR图像对，差分干涉SAR图像对包括主图像和辅图像，具体步骤包括：
[0008]S11，根据星历文件计算地球星下点位置下月球表面上的位置和雷达对目标区域的方位角μ与入射角θ，地球星下点位置下月球表面上的位置包括星下点纬度和星下点经度λ
SEP
；
[0009]S12，根据步骤S11得到的星下点纬度星下点经度λ
SEP
、方位角μ与入射角θ，计算空间去相干系数γ
g
；
[0010][0011]其中，Δμ为方位角差值，Δθ为入射角差值，Δμ
c
与Δθ
c
分别由下式计算得出：
[0012]Δμ
c
＝λ/(2ρ
x
sinθ)
[0013]Δθ
c
＝λ/(2ρ
y
cosθ)
[0014]其中，λ为信号波长，ρ
x
和ρ
y
为SAR图像方位分辨率与距离分辨率；
[0015]S13，根据步骤S12得到的空间去相干系数γ
g
，选取相干系数大于0.6的主图像和辅图像数据的采集时间，根据采集时间采集相应地基雷达数据，通过合成孔径雷达信号处理，得到差分干涉SAR图像对；
[0016]第二步，获取目标的形变相位，具体步骤包括：
[0017]S21，根据步骤S13得到的差分干涉SAR图像对，计算干涉相位
[0018][0019]其中，差分干涉SAR图像对用S1与S2表示；
[0020]步骤S22，根据步骤S21得到的干涉相位去除地形相位，得到目标的形变相位
[0021][0022]其中，B
⊥
为干涉垂直基线，h为目标区域高程，r1为主图像斜距，θ
i
为目标区域入射角；
[0023]第三步，根据第二步得到的目标的形变相位，得到月球表面的形变信息Δd；
[0024][0025]有益效果
[0026]本专利技术首先利用地基雷达重轨差分干涉技术测量月球表面的形变，与目前的测量方法(LLR与LOLA)比较如下：
[0027](1)基于LLR的月球表面形变测量方法，通过测量激光发射器到月球表面部署的激光反射器间的传输延迟，并通过大量模型参数拟合，反演月球表面形变，存在模型依赖严重，反演精度低等问题；本专利技术可以通过空间相位变化直接反演月球表面形变，模型依赖程度低，且反演精度高。
[0028](2)基于LOLA的月球表面形变测量方法，通过测量月球轨道飞行器到月球表面的传输延迟，并通过交叉验证等技术，从大量噪声中反演月球表面形变，存在数据需求量大，且仅能测量径向潮汐形变等问题；本专利技术可以通过空间相位直接反演月球表面径向潮汐形变与水平潮汐形变，且测量精度为亚波长级(mm级)，不需要交叉验证提高精度就满足了潮汐形变测量精度，因此效率更高。
[0029](3)本专利技术是独立于基于LLR与LOLA的又一种月球表面形变测量方法，与传统方法有着本质的不同，其依靠干涉图像的形变相位变化直接反演月球表面形变，因此形变测量精度可达亚波长级(mm级)。
[0030](4)本专利技术的方法由于测量精度远高于月球表面潮汐形变量，因此，不需要大量数据的拟合与交叉验证处理，即可得到精确的形变测量值，模型依赖程度低，且运算量更小。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的方法流程示意图；
[0032]图2为由于地月距离变化导致的月球潮汐形变变化示意图；
[0033]图3为由于SEP变化导致的月球潮汐形变变化示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图并举实施实例，对本专利技术进行详细描述。
[0035]本专利技术公开了一种月球表面形变测量方法，与传统方法有着本质的不同，这得益于该方法的形变测量创新原理，其依靠干涉图像的形变相位变化直接反演月球表面形变。因此，首先需要根据干涉SAR基线选择原理选取满足基线去相干的两幅SAR图像获取时间；接着对主辅SAR图像进行干涉处理，去除地形相位等参考相位，即可获得差分干涉相位；最后，根据差分干涉相位与形变量的关系，可直接得到月球潮汐形变值。
[0036]图1为本专利技术的流程示意图，该方法具体包括以下步骤：
[0037]步骤一、差分干涉重轨基线选取。
[0038]本步骤具体为对基线选取实施子步骤S101～S103。
[0039]S101差分干涉基线选取是本专利技术的第一步，也是最重要的一步，直接决定着方法的性能。根据星历文件可以计算得到地球星下点位置下月球表面上的位置为和λ
SEP
，其中为星下点纬度，λ
SEP
为星下点经度；同时，计算出雷达对目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于地基雷达重轨差分干涉技术的月球表面形变测量方法，其特征在于该方法的步骤包括：第一步，获取目标的差分干涉SAR图像对；第二步，根据第一步得到的目标的差分干涉SAR图像对获取目标的形变相位；第三步，根据第二步得到的目标的形变相位，得到月球表面的形变信息。2.根据权利要求1所述的基于地基雷达重轨差分干涉技术的月球表面形变测量方法，其特征在于：所述的第一步中，获取目标的差分干涉SAR图像对的具体方法为：S11，根据星历文件计算地球星下点位置下月球表面上的位置和雷达对目标区域的方位角μ与入射角θ，地球星下点位置下月球表面上的位置包括星下点纬度和星下点经度λ
SEP
；S12，根据步骤S11得到的星下点纬度星下点经度λ
SEP
、方位角μ与入射角θ，计算空间去相干系数γ
g
；其中，Δμ为方位角差值，Δθ为入射角差值，Δμ
c
与Δθ
c
分别由下式计算得出：Δμ
c
＝λ/(2ρ
x
sinθ)Δθ
c
＝λ/(2ρ
y
cosθ)其中，λ为信号波长，ρ
x
和ρ
y
为SAR图像方位分辨率...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁泽刚，李根，张天意，卫扬铠，董泽华，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：