一种干涉sar数据成像及高程估计方法

一种干涉sar数据成像及高程估计方法
【专利摘要】本发明公开了一种干涉SAR数据成像及高程估计方法，它是基于后向投影成像理论，利用干涉SAR后向投影算法成像过程中干涉相位与地形高程之间的对应关系，借助成像空间地形高程为真实地形高程时所获得的干涉相位最小原理，通过最速下降法寻找干涉相位最小时对应的地形高程，最后将干涉SAR数据投影到最速下降法估计得到的最佳成像空间地形高程进行成像，从而实现了干涉SAR回波数据成像与高程估计的同步处理。与现有技术相比，本发明减小了地形高程起伏导致的干涉SAR图像畸变效应，提高了地形高程起伏情况下干涉SAR成像图像质量和地形高程估计精度。
【专利说明】
一种干涉SAR数据成像及高程估计方法
技术领域
[0001] 本发明属于雷达技术领域，它特别涉及合成孔径雷达(SAR)成像技术领域。
【背景技术】
[0002] 干涉合成孔径雷达(干涉SAR)是合成孔径雷达(SAR)成像技术的扩展，其主要利用 两个以上天线或多次航过对同一观测场景进行不同角度或不同时段观测得到的两幅以上 SAR图像，提取SAR图像干涉相位信息，再结合成像几何关系反演出地形高程信息，从而实现 高精度地形三维测绘的遥感技术。干涉SAR具有成像区域大、成像精度高、能够全天候、全天 时成像的优势，已经成为当今世界提取大面积地表三维图像和地形高程变化信息的一项重 要遥感技术，在地形测绘、自然灾害监测、自然资源调查、导航定位和地形匹配等领域发挥 越来越大的作用，详见文献"吴一戎，洪文，王彦平，极化干涉SAR的研究现状与启示，电子与 信息学报，Vo 1.29，No. 5，2007. "。
[0003] 目前，在传统干涉SAR数据处理过程中，回波数据成像与地形高程估计是相互分离 和独立的。传统干涉SAR数据处理的基本过程如下:首先，对干涉SAR雷达系统多天线回波数 据进行成像处理，获得不同观测角度的多幅SAR复图像，其数据成像处理主要采用距离多普 勒（RD)算法或变尺度（CS)算法等频域成像算法，详见文献"Soumekh M . Synthetic aperture radar signal processing.New York:Wiley, 1999."，以及匹配滤波和后向投影 等时域成像算法，详见文献"潘舟浩，李道京，刘波，张清娟，基于BP算法和时变基线的机载 干涉SAR数据处理方法研究，电子与信息学报，Vol. 36，No. 7，2014" ；其次，对获得的多幅SAR 复图像进行干涉相位提取，并且为了提高干涉相位图质量和恢复真实干涉相位，还需要进 行干涉相位图处理，如相位滤波、去除平地效应、相位解缠等，详见文献"邹博，InSAR干涉相 位处理研究，国防科学技术大学博士论文，2005" ；最后，基于干涉SAR雷达系统参数和成像 几何关系，利用真实干涉相位进行观测场景地形高程估计，并且进行几何校正、几何定标等 处理，从而最终得到观测场景的地形高程，详见"王超，张红，刘智，星载合成孔径雷达干涉 测量，科学出版社，2002"。从以上干涉SAR数据处理过程可知，传统干涉SAR数据处理方法中 回波数据成像与地形高程估计是相互分离和独立，需要先进行成像，然后才能进行地形高 程估计。但是，对于地形高程陡变观测场景，一方面获得的干涉SAR图像通常存在严重的掩 叠、顶底倒置等几何失真及畸变现象，降低了干涉SAR图像质量，不利于后期地形高程估计 和几何校正，另一方面干涉相位条纹密集复杂，也难以精确相位解缠。另外，在地形高程估 计中，对复杂运动轨迹和时变基线情况，也难以对干涉相位进行干涉SAR高精度高程估计、 几何校正等处理，从而影响干涉SAR高程估计精度，详见文献"马长征，张涛，张群，干涉SAR 相位解卷绕中斜坡畸变校正的迭代算法，西安电子科技大学学报自然科学版，2000,27(3): 297-299"。因此，若能实现干涉SAR回波数据成像与地形高程估计同步处理，在地形起伏高 程进行干涉SAR投影成像，则在陡变起伏地形和复杂时变基线情况下可进一步提高干涉SAR 图像质量和地形高程估计精度。
[0004] 后向投影成像算法作为一种时域SAR成像算法，其通过计算成像区域内每一散射 点到天线相位中心之间的双程时延，然后将对应时域回波信号进行相干累加，从而恢复出 每个散射点的散射系数信息。根据后向投影成像算法原理，该算法可以选择起伏地形高程 曲面作为投影成像空间，突破了传统干涉SAR成像算法只能在平面空间投影成像的限制，详 见文献"韦顺军，师君，张晓玲，基于曲面投影的毫米波InSAR数据成像方法，雷达学报，2015 (1):49-59"。近几年，后向投影成像算法已在干涉SAR成像处理过程中呈现独特优势，如减 小干涉SAR平台非直线运动轨迹对成像的影响，提高复杂运动轨迹情况下干涉SAR相位提取 精度，可实现干涉SAR回波数据成像、图像配准及去除平地效应同步处理等，详见参考文献 "付涛，干涉SAR高保相成像及关键技术研究，电子科技大学硕士论文，2013"。然而，在干涉 SAR成像数据处理过程中，目前后向投影成像算法仅实现了干涉SAR回波数据成像、干涉相 位提取等部分同步处理，其数据成像过程与高程估计过程仍然是相互独立的，故仍然存在 与传统干涉SAR数据处理中成像与高程估计分离面临的问题，难以进行干涉SAR高精度高程 估计、几何校正等处理。为了克服现有干涉SAR后向投影成像算法的不足，实现干涉SAR数据 成像与高程估计同步处理，还需对干涉SAR后向投影成像算法进行改进。

【发明内容】

[0005] 本发明提出了一种干涉SAR数据成像及高程估计方法，该方法基于后向投影成像 理论，利用干涉SAR后向投影算法成像过程中干涉相位与地形高程之间的对应关系，借助成 像空间地形高程为真实地形高程时所获得的干涉相位最小原理，结合后向投影成像算法和 最速下降方法，先通过传统干涉SAR成像处理方法获得低精度的投影成像空间地形高程，然 后再结合干涉SAR高度模糊度构建投影成像空间地形高程估计区域，其次将干涉SAR回波数 据投影至成像空间地形高程估计区间进行成像处理，并且通过最速下降法寻找干涉相位最 小时对应的地形高程，最后将干涉SAR数据投影到最速下降法估计得到的最佳成像空间地 形高程进行成像，从而实现了干涉SAR回波数据成像与高程估计的同步处理。
[0006] 为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：
[0007] 定义1、干涉合成孔径雷达(干涉SAR)
[0008] 干涉合成孔径雷达(干涉SAR)是指利用在同一观测场景不同观测角度获得的两组 或者两组以上SAR图像进行干涉成像处理，提起干涉相位信息，然后结合雷达系统参数、雷 达平台几何位置参数和观测地形信息反演地形高度及高程变化信息的合成孔径雷达技术， 详见文献"合成孔径雷达成像原理"，皮亦鸣等编著，电子科技大学出版社出版。
[0009] 定义2、标准合成孔径雷达后向投影成像算法
[0010] 标准合成孔径雷达后向投影成像算法是基于匹配滤波原理的合成孔径雷达成像 算法，其主要通过SAR场景分辨单元斜距计算、距离单元搜索、原始回波多普勒相位补偿、回 波数据相干累加等实现合成孔径雷达原始回波数据的聚焦成像。详细内容可参考："双基地 SAR与线阵SAR原理及成像技术研究"，师君，电子科技大学博士论文。
[0011] 定义3、标准合成孔径雷达距离压缩方法
[0012] 标准合成孔径雷达距离压缩方法是指利用合成孔径雷达系统的发射信号参数，生 成距离压缩参考信号，并采用匹配滤波技术对合成孔径雷达的距离向信号进行滤波的过 程。详见文献"雷达成像技术"，保铮等编著，电子工业出版社出版。
[0013] 定义4、合成孔径雷达慢时亥_快时刻
[0014] 合成孔径雷达慢时间是指雷达平台飞过一个合成孔径所需要的时间。雷达系统以 一定的重复周期发射接收脉冲，因此慢时间可以表示为一个以重复周期为步长的离散化时 间变量，其中每一个离散时间变量值为一个慢时刻。
[0015] 合成孔径雷达快时间是指雷达发射接收脉冲的一个周期的时间。由于雷达接收回 波是以采样率进行采样，则快时刻可以表示为一个离散化的时间变量，每一个离散变量值 为一个快时刻。
[0016] 详见文献"合成孔径雷达成像原理"，皮亦鸣等编著，电子科技大学出版社出版。
[0017] 定义5、合成孔径雷达成像场景参考点
[0018]合成孔径雷达成像场景参考点是指合成孔径雷达投影成像空间中的某个散射点， 作为合成孔径雷达数据处理和场景中其它分辨单元的参照。一般的，选择成像场景的中间 点作为合成孔径雷达成像场景参考点。
[0019 ]定义6、合成孔径雷达投影成像空间
[0020] 合成孔径雷达投影成像空间是指在合成孔径雷达数据成像时选取的成像空间，合 成孔径雷达成像需要将回波数据投影到该成像空间进行聚焦处理。一般的，合成孔径雷达 成像投影成像空间选择为斜距平面坐标系或者水平地面坐标系。
[0021] 定义7、干涉SAR雷达系统参考斜距
[0022]干涉SAR雷达系统参考斜距是指干涉SAR雷达系统中主天线在合成孔径长度中间 位置到成像空间参考点的距离，在本发明中干涉SAR雷达系统参考斜距记为R。
[0023] 定义8、干涉SAR高程模糊度
[0024] 干涉SAR高度模糊度是指一个2JI干涉相位所对应的地形高程，高程模糊度与干涉 SAR雷达系统中雷达工作波长、垂直基线长度、雷达入射角和雷达到成像空间的参考斜距等 参数有关。本发明中干涉SAR雷达系统的高程模糊度，记为Z 2lI，通常干涉SAR高程模糊度Z2lI 的表达式为：
[0026]其中A为干涉SAR雷达系统工作波长，R为干涉SAR雷达系统参考斜距，0为干涉SAR 雷达系统主天线雷达入射角，为干涉SAR主副天线之间的垂直基线长。详见文献"星载合 成孔径雷达干涉测量"，王超、张红、刘智编著，科学出版社出版。
[0027]定义9、干涉SAR图像相关系数
[0028]干涉SAR图像相关系数是指干涉SAR两幅图像之间的紧密程度，干涉SAR图像相关 系数一般用Pw表示，计算公式为：
[0030]其中，Pw表示在计算窗口大小为W条件下得到的干涉SAR图像相关系数，1?表示干涉 SAR雷达系统主天线图像，Is表示干涉SAR雷达系统副天线图像，| ? |表示绝对值运算符号， ? 12表示绝对值平方运算符号，上标*表示共辄运算符号，Ew{ ?}表示在计算窗口大小为W 条件下数学期望运算符号，表示开根方运算符号。
[0031] 定义11、最速下降法
[0032] 最速下降法是一种求解无约束优化问题的经典方法。最速下降法主要思路是给定 函数和数值区间，通过沿梯度下降的方向求解极小值，梯度方向可以采用函数求导得到，最 速下降法法迭代的终止条件是梯度向量幅值接近〇,也可以设置一个非常小的常数阈值来 判定迭代终止。详见文献"现代科学计算"，蔡大用、白峰杉编著，科学出版社。
[0033]定义12、标准合成孔径雷达原始回波仿真方法
[0034]标准合成孔径雷达原始回波仿真方法是指给定雷达系统参数、平台轨迹参数以及 观测场景参数等所需的参数条件下，基于合成孔径雷达成像原理仿真得到具有SAR回波信 号特性的原始回波信号的方法，详细内容可参考文献："干涉SAR回波信号与系统仿真研 究"，张剑琦，哈尔滨工业大学硕士论文。
[0035] 定义13、标准干涉SAR高程估计方法
[0036] 标准干涉SAR高程估计方法是指给定干涉SAR雷达系统参数和干涉SAR图像对，采 用图像配准、干涉相位提取、相位滤波、干涉相位解缠、高程反演和地形几何校正等方法进 行数据处理，从而得到成像观测场景的地形高程的估计方法。详细内容可参考文献"陈尔 学，李增元，车学俭，SAR干涉测量数字高程模型提取与高程误差校正，高技术通讯，2000，10 (7):57-63"。
[0037] 本发明提供的一种干涉SAR数据成像及高程估计一体化方法，它包括以下几个步 骤：
[0038] 步骤1、初始化干涉SAR成像雷达系统参数：
[0039] 初始化干涉SAR成像雷达系统参数，包括:雷达载波波长，记为A，雷达平台主天线 发射信号带宽，记为B，雷达发射脉冲时宽，记为T r，雷达采样频率，记为Fs，主天线雷达入射 角，记为9,主副天线之间的垂直基线长，记为B±，基线与水平方向夹角，记为a，雷达脉冲重 复频率，记为PRF，平台运动速度矢量，记为V r，干涉SAR雷达系统距离向采样点数，记为Nr，干 涉SAR雷达系统方位向采样点数，记为N a，干涉SAR雷达系统主天线初始位置，记为PM(0)，干 涉SAR雷达系统副天线初始位置，记为Ps(0);上述参数中，雷达系统工作的信号波长A、雷达 平台主天线发射的信号带宽B、雷达平台主天线发射的脉冲时宽T r、雷达平台接收系统的采 样频率Fs、主天线雷达入射角0、两组天线之间的垂直基线长B±、基线与水平方向夹角a，雷 达脉冲重复频率PRF，在干涉SAR雷达系统设计过程中已经确定;平台运动速度矢量V r，干涉 SAR雷达系统距离向采样点数Nr、干涉SAR雷达系统方位向采样点数Na、干涉SAR雷达系统主 天线初始位置Pm(〇)、干涉SAR雷达系统副天线初始位置Ps(0)在干涉SAR雷达成像观测方案 设计中已经确定；
[0040] 步骤2、获取干涉SAR雷达系统主副天线的原始回波数据：
[0041] 干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数 据，记为Em(t，k)，t = l，2,…，Nr，k=l，2,…，Na，其中t和k为自然数，t表示距离向第t个快时 刻，k表示方位向第k个慢时刻，Nr为步骤1初始化得到的干涉SAR雷达系统距离向采样点数， Na为步骤1初始化得到的干涉SAR雷达系统方位向采样点数;干涉SAR雷达系统副天线在距 离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据，记为E s (t，k)，t=l，2，~，Nr，k=l， 2,…，Na;在干涉SAR实际成像中，干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k 个慢时刻的原始回波数据Em(t，k)，t = l，2，-_，Nr，k=l，2,…，Na，和干涉SAR雷达系统副天 线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据Es (t，k)，t = l，2，'"，Nr，k = l， 2，…，Na，可由干涉SAR雷达系统数据接收机提供；
[0042]步骤3、对干涉SAR雷达系统主副天线原始回波数据进行距离压缩：
[0043]采用标准合成孔径雷达标准距离压缩方法对步骤2中得到的干涉SAR雷达系统主 天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据Em( t，k)，t = l，2，-_，Nr，k = 1，2,…，Na，进行距离压缩得到干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个 慢时刻的距离压缩后数据，记为&(、1〇4 = 1，2，-_，队沽=1，2，-_，1，其中七表示距离向第 t个快时刻，k表示方位向第k个慢时刻;采用传统标准合成孔径雷达标准距离压缩方法对步 骤2中得到的干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回 波数据匕（丨，1〇4 = 1，2，'"，队沽=1，2，~，1，进行距离压缩得到干涉541?雷达系统副天线 在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的距离压缩后数据，记为S s(t，k)，t = 1，2，…，Nr， k=l ,2, ??? ,Na；
[0044] 步骤4、初始化干涉SAR投影成像空间的参数：
[0045] 初始化干涉SAR投影成像空间为地平面坐标系，该坐标系水平横轴记为X轴，该坐 标系水平纵轴记为Y轴，雷达投影成像空间的中心坐标位于[0，0 ]，雷达投影成像空间的X轴 向分辨单元数，记为Nx，雷达投影成像空间的Y轴向分辨单元数，记为N y，雷达投影成像空间 的X轴向成像范围，记为Wx，雷达投影成像空间的Y轴向成像范围，记为W y，干涉SAR雷达系统 到投影成像空间的参考斜距，记为R，将干涉SAR投影成像空间均匀等间隔进行划分，投影成 像空间中第a个Y轴向和第r个X轴向分辨单元的位置矢量，记为PT(a，r) = [x(a，r)，y(a, r)]，a=l,…，Nx，r=l,…，Ny，其中a和r均为自然数，a表示投影空间中X轴向的第a个分辨单 元，r表示投影空间中Y轴向的第r个分辨单元，x(a，r)和y (a，r)分别表示投影成像空间中第 a个Y轴向第r个X轴向分辨单元的X轴向位置、Y轴向位置；
[0046] 步骤5、初始化干涉SAR地形高度估计算法的参数：
[0047] 初始化干涉SAR地形高度估计算法参数包括：地形高度估计的窗口大小，记为 WSlze，相关系数阈值，记为PT，相关系数计算的窗口大小，记为Ws;
[0048] 步骤6、获取投影成像空间低精度的地形高程：
[0049] 令步骤4得到的投影成像空间中第a个Y轴向和第r个X轴向分辨单元的位置矢量Pt (a，r)，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，的地形高程为0，采用标准后向投影成像算法将干涉SAR雷 达系统主天线的距离压缩后数据34丨，1〇4 = 1，2，一，队汰=1，2，一，1，投影到该投影成像 空间进行成像处理，得到干涉SAR雷达系统主天线投影成像空间成像结果，记为I m(a，r)，a =1，…，Nx，r=l，???，Ny，其中Sm(t，k)为步骤3得到的干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t 个快时刻方位向第k个慢时刻的距离压缩后数据;采用标准后向投影成像算法对干涉SAR雷 达系统副天线距离压缩后数据Ss(t，k)，t = l，2,…，Nr，k=l，2,…，Na，投影到投影成像空间 进行成像处理，得到干涉SAR雷达系统副天线投影成像空间成像结果，记为I s(a，r)，a = 1，…，Nx，r=l，…，Ny，其中Ss(t，k)为步骤3得到的干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t个 快时刻方位向第k个慢时刻的距离压缩后数据；
[0050] 对于投影成像空间地形高程为0条件下所得的干涉SAR雷达系统主副天线投影成 像空间成像结果Im(a，r)和I s(a，r)，采用标准干涉SAR高程估计方法进行投地形高程估计， 得到干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的地形高程结果，记为Z(a，r)，a = 1，…，Nx，r=l，…，Ny;
[0051] 步骤7、计算投影成像空间干涉SAR主副图像的相关系数：
[0052] 在采用公式
，…，Nx，r=l，…， Ny，相关系数计算的窗口大小为Ws条件下得到的干涉SAR雷达系统主副天线图像在投影成像 空间中分辨单元的相关系数，记为/Vs (<a，r)，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，其中B表示在计 算窗口大小为Ws条件下数学期望运算符号，*表示共辄运算符号，| ? |表示绝对值运算符 号，表示开根方运算符号，R(a，r)和Is(a，r)为步骤6得到的投影成像空间地形高程为0 条件下所得的干涉SAR雷达系统主副天线投影成像空间成像结果，Ws为步骤5初始化得到的 相关系数计算的窗口大小；
[0053] 步骤8、利用相关系数阈值对成像空间进行划分：
[0054]若干涉SAR雷达系统主副天线图像在投影成像空间中分辨单元的相关系数 /乂（<7，r)之巧=.1 :" A't-r=l，…，Ny，贝1J将该分辨单元划分为干涉SAR投景多成像空间高 相干分辨单元，记为QH(a，r)，a=l，???，N x，r=l，???，Ny;若干涉SAR雷达系统主副天线图像在 投影成像空间中分辨单元的相关系数^，〃）< A，则将该分辨单元划分为干涉SAR投影 成像空间低相干分辨单元，记为QL(a，r)，a=l，???，Nx，r=l，"_，N y;其中/fV (<：/,/?)为步骤7得 到的干涉SAR雷达系统主副天线图像在投影成像空间中分辨单元的相关系数，pt为步骤5得 到的相关系数阈值；
[0055] 步骤9、采用标准后向投影成像算法对分辨单元进行投影成像处理
[0056] 采用公式
计算得到干涉SAR雷达系统的高度模糊度，记为Z2II，其中 入为步骤1初始化得到的雷达载波波长，R为步骤4初始化得到的干涉SAR雷达系统到投影成 像空间的参考斜距，9为步骤1初始化得到的主天线雷达入射角，为步骤1初始化得到的主 副天线之间的垂直基线长，sin( ?)表示正弦函数运算符号；
[0057]对于步骤8得到的干涉SAR投影成像空间高相干分辨单元Qh( a，r)，a = l，'"，Nx，r = 1，…，Ny，利用步骤6得到的对应干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的地形高 程结果Z(a，r)，a=l，???，Nx，r=l，???，Ny，构造地形高程区间
， a=l，???，Nx，r=l，???，Ny;在地形高程区间
中每一个高程值z， 采用标准后向投影成像算法对干涉SAR投影成像空间高相干分辨单元QH(a，r)进行成像，得 到投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR主副天线图像，分别记为64&，^2)和^( &，^ z)，a = l，…，Nx，r=l，…，Ny;
[0058]对于步骤8得到的干涉SAR投影成像空间低相干分辨单元QL(a，r)，a = l，???，Nx，r = 1，…，Ny，在对应干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的地形高程结果Z(a，r)， 采用标准后向投影成像算法对干涉SAR投影成像空间低相干分辨单元Q L(a，r)，a= 1，…，Nx， r = l，…，Ny，进行成像，得到投影成像空间低相干分辨单元的干涉SAR主副天线的图像，分 别记为〇m(a，r)和Os(a，r)，a=l，???，Nx，r = l，???，Ny;
[0059] 步骤10、采用最速下降法估计干涉SAR投影成像空间地形高程：
[0060] 对于步骤8得至I」的干涉SAR投景多成像空间高相干分辨单元〇H(a，r)，a=l，…，Nx，r=l，…， Ny，以及步骤9得到的地形高程区间
，a=l，???，Nx，r = l，???，Ny，采用最 速下降法求解公式丨 到投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR雷达系统主天线图像，记为，a= 1，…， Nx，r = l，…，Ny，计算得到投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR雷达系统副天线图像，记 为(/., ，a= 1，…，Nx，r= 1，…，Ny，计算得到投影成像空间高相干分辨单元的地形高程结 果之和（a,r)，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，其中aigJ(;, ") 〇表示在地形高程区间 Z(tf，r) -Z(a，r) + |寻找满足括号内函数值的最小高程值z，angle( ?)表示取角 度函数符号，上标*表示共辄运算符号，表示在计算窗口大小为1^条件下数学期望 运算符号，Wsize为步骤5初始化得到的地形高度估计的窗口大小WSize = 5，Gm(a，r; z)和63 (a， r;z)为步骤9得到的投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR主副天线图像，表 *Gs(a，r;z)的共辄；
[0061] 步骤11、获得最终的干涉SAR雷达系统主副天线图像和地形高程：
[0062] 采用公式将投影成像空间高相干分辨单元的干涉 SAR雷达系统主天线图像(Ua, r)，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，与投影成像空间低相干分辨单 元的干涉SAR主天线图像Om(a，r)，a= 1，…，Nx，r= 1，…，Ny，相加，得到干涉SAR雷达系统主 天线图像，记为Imm(a，r)，a = l，???，Nx，r=l，???，Ny，其中(?,/」为步骤10得到的投影成像 空间高相干分辨单元的干涉SAR雷达系统主天线图像，Om(a，r)为步骤9得到的投影成像空 间低相干分辨单元的干涉SAR主天线图像；
[0063] 采用公式(丨，将投影成像空间高相干分辨单元的干涉 SAR雷达系统副天线图像(a,r)，a=l，???，Nx，r=l，…，Ny，与投影成像空间低相干分辨单 元的干涉SAR副天线图像Os(a，r)，a= 1，…，Nx，r= 1，…，Ny，相加，得到干涉SAR雷达系统副 天线图像，记为Ims(a，r)，a=l，…，N x，r=l，…，Ny，其中为步骤10得到的投影成像 空间高相干分辨单元的干涉SAR雷达系统副天线图像，Os(a，r)为步骤9得到的投影成像空 间低相干分辨单元的干涉SAR副天线图像；
[0064] 采用公式z, (A〃）= (a,r)+Z(a,〃），将投影成像空间高相干分辨单元的地形高 程结果或^ ，a= 1，…，Nx，r = l，…，Ny，与干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单 元的地形高程结果Z (a，r)，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，相加，得到干涉SAR投影成像空间的地 形高程估计结果，记为ZT(a，r)，a=l，…，Nx，r=l，…，Ny，其中之v>, 为步骤10得到的投 影成像空间高相干分辨单元的地形高程结果，Z(a，r)为步骤6得到的干涉SAR雷达系统投影 成像空间低相干分辨单元的地形高程结果；
[0065]最终实现了干涉SAR成像与地形高程估计的一体化。
[0066]本发明的创新点基于干涉SAR后向投影成像理论，利用干涉SAR后向投影成像中干 涉相位与成像空间地形高程之间的对应关系，借助成像空间地形高程为真实地形高程时所 获得的干涉相位最小原理，提出了一种干涉SAR数据成像及高程估计方法，该方法采用后向 投影成像算法与迭代逼近方法，将干涉SAR回波数据投影至成像空间地形高程估计区间进 行成像处理，并且通过最速下降法寻找干涉相位最小时对应的地形高程，从而实现了干涉 SAR回波数据成像与高程估计的同步处理
[0067]本发明的优点是在干涉SAR数据处理过程中实现了回波数据成像与地形高程估计 同步处理，在数据处理过程同时获得了投影成像空间的干涉SAR图像和地形高程结果，克服 了传统干涉SAR数据处理方法数据成像与地形高程估计分离带来的一些不足，减小了地形 高程起伏导致的干涉SAR图像畸变效应，提高了地形高程起伏情况下干涉SAR成像图像质量 和地形高程估计精度。
【附图说明】
[0068]图1为发明所提供方法的流程示意框图；
[0069]图2为干涉SAR成像各仿真参数值
【具体实施方式】
[0070]本发明主要采用仿真实验的方法进行验证，所有步骤、结论都在MATLABR2014b软 件上验证正确。具体实施步骤如下：
[0071 ]步骤1、初始化干涉SAR成像雷达系统参数：
[0072] 初始化干涉SAR成像雷达系统参数，包括:雷达载波波长A = 〇. 〇188m，雷达平台主 天线发射信号带宽B= 1 X 109Hz，雷达发射脉冲时宽Tr= 1 X 10-5s，雷达采样频率Fs = 1.5 X 109Hz，主天线雷达入射角0 = 45°，主副天线之间的垂直基线长B_l = 0.5m，基线与水平方向 夹角a = 45°，雷达脉冲重复频率PRF = 2000Hz，平台运动速度矢量￥『=[0,60,0]111/8，干涉 SAR雷达系统距离向采样点数队=8192，干涉3六1?雷达系统方位向采样点数1=1024，干涉 SAR雷达系统主天线初始位置卩(《(0) = [0,0,3000]111，干涉341?雷达系统副天线初始位置?5(0) = [0.5,0,3000.5]m〇
[0073] 步骤2、获取干涉SAR雷达系统主副天线的原始回波数据：
[0074] 干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数 据，记为Em(t,k)，t = l ,2,…，Nr，k=l ,2,…，Na，其中t和k为自然数，t表示距离向第t个快时 刻，k表示方位向第k个慢时刻，Nr为步骤1初始化得到的干涉SAR雷达系统距离向采样点数Nr =8192，Na为步骤1初始化得到的干涉SAR雷达系统方位向采样点数Na = 1024;干涉SAR雷达 系统副天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据，记为Es(t，k)，t = 1，2,…，Nr，k=l，2,…，Na。在干涉SAR实际成像中，干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个 快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据E m( t，k)，t = 1，2，…，Nr，k = 1，2，…，Na，和干涉 SAR雷达系统副天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据Es(t，k)，t =1，2，-_，队汰=1，2，-_，1，可由干涉541?雷达系统数据接收机提供。在本次仿真过程中，干 涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据E m(t，k)， t=l，2,…，Nr，k=l，2,…，Na，和干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t个快时刻方位向第k 个慢时刻的原始回波数据Es(t，k)，t = l，2，'"，Nr，k=l，2，'"，Na，贝lj采用标准合成孔径雷达 原始回波仿真方法产生得到。
[0075]步骤3、对干涉SAR雷达系统主副天线原始回波数据进行距离压缩：
[0076]采用标准合成孔径雷达标准距离压缩方法对步骤2中得到的干涉SAR雷达系统主 天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据Em( t，k)，t = l，2，-_，Nr，k = 1，2,…，1，队=8192，1=1024，进行距离压缩得到干涉341?雷达系统主天线在距离向第七个 快时刻方位向第k个慢时刻的距离压缩后数据，记为S m( t，k)，t = l，2，-_，Nr，k=l，2，-_，Na， Nr = 8192，Na= 1024，其中t表示距离向第t个快时刻，k表示方位向第k个慢时亥lj;采用传统标 准合成孔径雷达标准距离压缩方法对步骤2中得到的干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t 个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据Es(t，k)，t = l，2，'"，Nr，k=l，2,…，Na，Nr = 8192，Na= 1024,进行距离压缩得到干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t个快时刻方位向 第k个慢时刻的距离压缩后数据，记为Ss(t，k)，t = l，2，'"，Nr，k=l，2，'"，Na，Nr = 8192，Na = 1024。
[0077] 步骤4、初始化干涉SAR投影成像空间的参数：
[0078] 初始化干涉SAR投影成像空间为地平面坐标系，该坐标系水平横轴记为X轴，该坐 标系水平纵轴记为Y轴，雷达投影成像空间的中心坐标位于[0，0 ]，雷达投影成像空间的X轴 向分辨单元数Nx=1024,雷达投影成像空间的Y轴向分辨单元数Ny=1024,雷达投影成像空 间的X轴向成像范围W x = 500m，雷达投影成像空间的Y轴向成像范围Wy = 500m，干涉SAR雷达 系统到投影成像空间的参考斜距R = 4000m，将干涉SAR投影成像空间均匀等间隔进行划分， 投影成像空间中第3个￥轴向和第1'个乂轴向分辨单元的位置矢量，记为?1'(3，1') = [1(3，1')，7 (a，r)]，a=l，'"，Nx，r = l，'"，Ny，Nx= 1024，Ny= 1024,其中a和r均为自然数，a表示投影空 间中X轴向的第a个分辨单元，r表示投影空间中Y轴向的第r个分辨单元，x (a，r)和y (a，r)分 另lj表示投影成像空间中第a个Y轴向第r个X轴向分辨单元的X轴向位置、Y轴向位置。
[0079] 步骤5、初始化干涉SAR地形高度估计算法的参数：
[0080] 初始化干涉SAR地形高度估计算法参数包括:地形高度估计的窗口大小WSize = 5， 相关系数阈值Pt=0.5，相关系数计算的窗口大小Ws = 32。
[0081] 步骤6、获取投影成像空间低精度的地形高程：
[0082] 令步骤4得到的投影成像空间中第a个Y轴向和第r个X轴向分辨单元的位置矢量Pt (a，r)，a=l，'"，Nx，r=l，'"，Ny，Nx=1024，Ny=1024,的地形高程为0,其中a表示投影空间 中X轴向的第a个分辨单元，r表示投影空间中Y轴向的第r个分辨单元;采用标准后向投影成 像算法将干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的距离压缩后 数据Sm(t，k)，t = l，2，'"，Nr，k=l，2,…，Na，Nr = 8192，Na=1024,投影到该投影成像空间进 行成像处理，得到投影成像空间地形高程为0条件下干涉SAR雷达系统主天线投影成像空间 成像结果，记为Im(a，r)，a=l，???，N x，r=l，???，Ny，Nx=1024，Ny=1024,其中Sm(t，k)为步骤3 得到的干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的距离压缩后数 据;采用标准后向投影成像算法对干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t个快时刻方位向第 k个慢时刻的距离压缩后数据Ss(t，k)，t = l，2,…，Nr，k=l，2,…，Na，Nr = 8192，Na=1024,投 影到投影成像空间进行成像处理，得到投影成像空间地形高程为0条件下干涉SAR雷达系统 副天线投影成像空间成像结果，记为Is(a，r)，a=l，???，N x，r=l，???，Ny，Nx=1024，Ny=1024， 其中S s(t，k)为步骤3得到的干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢 时刻的距离压缩后数据；
[0083]对于投影成像空间地形高程为0条件下所得的干涉SAR雷达系统主天线投影成像 空间成像结果Im(a，r)和副天线投影成像空间成像结果Is(a，r)，采用标准干涉SAR高程估计 方法进行投地形高程估计，得到干涉SAR雷达系统投影成像空间低精度的地形高程，记为Z (a，r)，a = l，...，Nx，r=l，...，Ny，Nx=1024，Ny=1024。
[0084] 步骤7、计算投影成像空间干涉SAR主副图像的相关系数：
[0085] 在采用公式
.'a= 1，…，Nx，r = 1，…， 队具=1024爲=1024，计算窗口大小为如条件下得到的干涉341?雷达系统主副天线图像相 关系数，记为(?，r).，a = l，???，Nx，r=l，???，~，~=1024，~=1024，其中￡^/丨，).表示在计 算窗口大小为Ws条件下数学期望运算符号，上标*表示共辄运算符号，| ? |表示绝对值运算 符号，^表示开根方运算符号，Im(a，r)和Is(a，r)为步骤6得到的投影成像空间地形高程为 〇条件下所得的干涉SAR雷达系统主副天线投影成像空间成像结果，/:(〃,〃）表示为I s(a，r) 的共辄，Ws为步骤5初始化得到的相关系数计算的窗口大小Ws = 32。
[0086] 步骤8、利用相关系数阈值对成像空间进行划分：
[0087] 若干涉SAR雷达系统主副天线图像在投影成像空间中分辨单元的相关系数 /?% (〇，/)之 ,r=l，…，Ny，Nx=1024，Ny =1024,则将该分辨单兀划分为干 涉SAR投影成像空间高相干分辨单元，记为QH(a，r)，a=l，…，Nx，r=l，…，Ny，Nx=1024，N y = 1024;若干涉SAR雷达系统主副天线图像在投影成像空间中分辨单元的相关系数 (〃，/?)< A，则将该分辨单元划分为干涉SAR投影成像空间低相干分辨单元，记为QUa， r)，a=l，…，Nx，r=l，…，Ny，Nx=1024，N y=1024;其中%步骤7得到的干涉SAR雷 达系统主副天线图像在投影成像空间中分辨单元的相关系数，PT为步骤5初始化得到的相 关系数阈值Pt=0.5。
[0088] 步骤9、采用标准后向投影成像算法对分辨单元进行投影成像处理
[0089] 采用公式
1计算得到干涉SAR雷达系统的高度模糊度，记为Z 2II，其中 入为步骤1初始化得到的雷达载波波长A = 0.0188m，R为步骤4初始化得到的干涉SAR雷达系 统到投影成像空间的参考斜距R = 4OOOm，0为步骤1初始化得到的主天线雷达入射角0 = 45°，B丄为步骤1初始化得到的主副天线之间的垂直基线长B丄=0.5m，sin( ?)表示正弦函数 运算符号；
[0090]对于步骤8得到的干涉SAR投影成像空间高相干分辨单元Qh( a，r)，a = l，'"，Nx，r = 1，…，Ny，Nx= 1024，Ny = 1024，利用步骤6得到的干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨 单元的地形高程结果Z(a，r)，a = l，???，Nx，r = l，???，Ny，Nx=1024，Ny=1024,构造地形高程
=1，…，Nx，r = 1，…，Ny，Nx= 1024，Ny=1024;在地形高 中每一个高程值z，采用标准后向投影成像算法对干 涉SAR投影成像空间高相干分辨单元QH(a，r)进行成像，得到投影成像空间高相干分辨单元 的干涉SAR主副天线图像，分别记为Gm(a，r;z)和Gs(a，r;z)，a = l，…，Nx，r=l，…，Ny，Nx = 1024，Ny=1024;
[0091] 对于步骤8得到的干涉SAR投影成像空间低相干分辨单元QL(a，r)，a = l，???，Nx，r = 1，…，队，队=1024，心=1024，在对应干涉341?雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的地 形高程结果Z(a，r)，采用标准后向投影成像算法对干涉SAR投影成像空间低相干分辨单元 QL(a，r)，a=l，???，Nx，r=l，???，Ny，Nx=1024，Ny=1024,进行成像，得到投影成像空间低相干 分辨单元的干涉SAR主副天线的图像，分别记为Om(a，r)和O s(a，r)，a=l，…，Nx，r=l，…， Ny，Nx=1024，Ny=1024。
[0092] 步骤10、采用最速下降法估计干涉SAR投影成像空间地形高程：
[0093 ]对于步骤8得到的干涉SAR投影成像空间高相干分辨单元Qh( a，r)，a = l，'"，Nx，r = 1，…，Ny，Nx = 1024，Ny = 1024，以及步骤9得到的地形高程区闸
a=l，…，Nx，r=l，…，Ny，Nx=1024，Ny=1024,采用最速下降法求解公式 [6；", {a,r),Gs - arg jnin 投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR雷达系统主天线图像，记为(),,,0,r)，a=l，~，Nx， r=l，???，Ny，Nx=1024，Ny=1024,计算得到投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR雷达系 统副天线图像，记为(A ，a= 1，…，Nx，r = l，…，Ny，Nx=1024，Ny = 1024,计算得到投影 成像空间高相干分辨单元的地形高程结果之^ (a,r)，a= 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，Nx= 1024，Ny = 1024,其中
表示在地形高程区间
寻 找满足括号内函数值的最小高程值z，angle( ?)表示取角度函数符号，上标*表示共轭运算 符号，M表示在计算窗口大小SWslze条件下数学期望运算符号，Wslze为步骤5初始化得 到的地形高度估计的窗口大小Wsize = 5，Gm(a，r; Z)和Gs(a，r; Z)为步骤9得到的投影成像空 间高相干分辨单元的干涉SAR主副天线图像，表示Gs(a，r;z)的共辄。
[0094] 步骤11、获得最终的干涉SAR雷达系统主副天线图像和地形高程：
[0095] 采用公式lm,,>,〃) =之(《，)+0,"(，/?；)，将投影成像空间高相干分辨单元的干涉 SAR雷达系统主天线图像…，Nx，r = l，…，Ny，Nx=1024，Ny=1024,与投影成 像空间低相干分辨单元的干涉SAR主天线图像0m(a，r)，a=l，…，Nx，r=l，…，Ny，N x=1024， Ny= 1024,相加，得到投影成像空间的干涉SAR雷达系统主天线图像，记为1mm(a，r)，a = 1，-"，队4=1^"爲其=1024具=1024，其中(^>^)为步骤10得到的投影成像空间高相 干分辨单元的干涉SAR雷达系统主天线图像，Om(a，r)为步骤9得到的投影成像空间低相干 分辨单元的干涉SAR主天线图像；
[0096] 采用公式:lmX) = G (?./?)+0、卜,/?)，将投影成像空间高相干分辨单元的干涉 SAR雷达系统副天线图像()、(《,r)，a = l,…，Nx，r = l，…，Ny，Nx=1024，Ny=1024,与投影成 像空间低相干分辨单元的干涉SAR副天线图像0s(a，r)，a=l，???，Nx，r=l，???，N y，Nx=1024， Ny = 1024，相加合并，得到投影成像空间的干涉SAR雷达系统副天线图像，记为Ims (a，r)，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，Nx = 1024，Ny = 1024，其中（ar)为步骤10得到的投影成像空间高相 干分辨单元的干涉SAR雷达系统副天线图像，0s(a，r)为步骤9得到的投影成像空间低相干 分辨单元的干涉SAR副天线图像；
[0097] 采用公式Z,. ，将投影成像空间高相干分辨单元的地形高 程结果之/;, (>，/?)，a= 1，…，Nx，r = l，…，Ny，与干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单 元的地形高程结果Z (a，r)，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，相加，得到干涉SAR投影成像空间的地 形高程估计结果，记为ZT(a，r)，a=l，."，N x，r=l，???，Ny，Nx=1024，Ny=1024,其中之 为步骤10得到的投影成像空间高相干分辨单元的地形高程结果，Z(a，r)为步骤6得到的干 涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的地形高程结果；
[0098] 最终实现了干涉SAR成像与地形高程估计的一体化。
【主权项】
1. 一种干涉SAR数据成像及高程估计一体化方法，其特征是它包括以下步骤： 步骤1、初始化干涉SAR成像雷达系统参数： 初始化干涉SAR成像雷达系统参数，包括:雷达载波波长，记为λ，雷达平台主天线发射 信号带宽，记为Β，雷达发射脉冲时宽，记为Tr，雷达采样频率，记为Fs，主天线雷达入射角，记 为Θ，主副天线之间的垂直基线长，记为B±，基线与水平方向夹角，记为α，雷达脉冲重复频 率，记为PRF，平台运动速度矢量，记为V r，干涉SAR雷达系统距离向采样点数，记为Nr，干涉 SAR雷达系统方位向采样点数，记为Na，干涉SAR雷达系统主天线初始位置，记为PM(0)，干涉 SAR雷达系统副天线初始位置，记为Ps(0);上述参数中，雷达系统工作的信号波长λ、雷达平 台主天线发射的信号带宽Β、雷达平台主天线发射的脉冲时宽T r、雷达平台接收系统的采样 频率Fs、主天线雷达入射角Θ、两组天线之间的垂直基线长B±、基线与水平方向夹角α，雷达 脉冲重复频率PRF，在干涉SAR雷达系统设计过程中已经确定；平台运动速度矢量V r，干涉 SAR雷达系统距离向采样点数Nr、干涉SAR雷达系统方位向采样点数Na、干涉SAR雷达系统主 天线初始位置Pm(〇)、干涉SAR雷达系统副天线初始位置Ps(0)在干涉SAR雷达成像观测方案 设计中已经确定； 步骤2、获取干涉SAR雷达系统主副天线的原始回波数据： 干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据， 记为Em(t，k)，t = l，2,…，Nr，k=l，2,…，Na，其中t和k为自然数，t表示距离向第t个快时刻， k表示方位向第k个慢时刻，Nr为步骤1初始化得到的干涉SAR雷达系统距离向采样点数，1为 步骤1初始化得到的干涉SAR雷达系统方位向采样点数;干涉SAR雷达系统副天线在距离向 第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据，记为E s (t，k)，t = l，2，'"，Nr，k=l，2^··， Na;在干涉SAR实际成像中，干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢 时刻的原始回波数据Em(t，k)，t=l，2，···，N r，k=l，2，···，Na，和干涉SAR雷达系统副天线在 距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据E s (t，k)，t = l，2，~，Nr，k=l， 2，…，Na，可由干涉SAR雷达系统数据接收机提供； 步骤3、对干涉SAR雷达系统主副天线原始回波数据进行距离压缩： 采用标准合成孔径雷达标准距离压缩方法对步骤2中得到的干涉SAR雷达系统主天线 在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回波数据Em( t，k)，t=l，2，~，Nr，k=l， 2，···，Na，进行距离压缩得到干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢 时刻的距离压缩后数据，记为3以，1〇4 = 1，2，~，队沽=1，2，~，1，其中七表示距离向第七 个快时刻，k表示方位向第k个慢时刻;采用传统标准合成孔径雷达标准距离压缩方法对步 骤2中得到的干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的原始回 波数据匕（丨，1〇4 = 1，2，'"，队沽=1，2，~，1，进行距离压缩得到干涉541?雷达系统副天线 在距离向第t个快时刻方位向第k个慢时刻的距离压缩后数据，记为S s(t，k)，t = 1，2，…，Nr， k=l ,2, ··· ,Na； 步骤4、初始化干涉SAR投影成像空间的参数： 初始化干涉SAR投影成像空间为地平面坐标系，该坐标系水平横轴记为X轴，该坐标系 水平纵轴记为Y轴，雷达投影成像空间的中心坐标位于[〇,〇]，雷达投影成像空间的X轴向分 辨单元数，记为Nx，雷达投影成像空间的Y轴向分辨单元数，记为N y，雷达投影成像空间的X轴 向成像范围，记为Wx，雷达投影成像空间的Y轴向成像范围，记为W y，干涉SAR雷达系统到投影 成像空间的参考斜距，记为R，将干涉SAR投影成像空间均匀等间隔进行划分，投影成像空间 中第a个Y轴向和第r个X轴向分辨单元的位置矢量，记为PT(a，r) = [x(a，r)，y(a，r)]，a = 1，…，Nx，r=l，…，Ny，其中a和r均为自然数，a表示投影空间中X轴向的第a个分辨单元，r表 示投影空间中Y轴向的第r个分辨单元，x(a，r)和y (a，r)分别表示投影成像空间中第a个Y轴 向第r个X轴向分辨单元的X轴向位置、Y轴向位置； 步骤5、初始化干涉SAR地形高度估计算法的参数： 初始化干涉SAR地形高度估计算法参数包括:地形高度估计的窗口大小，记为WSize，相关 系数阈值，记为Ρτ，相关系数计算的窗口大小，记为Ws; 步骤6、获取投影成像空间低精度的地形高程： 令步骤4得到的投影成像空间中第a个Y轴向和第r个X轴向分辨单元的位置矢量PT(a， r)，a=l，…，Nx，r=l，…，Ny，的地形高程为0,采用标准后向投影成像算法将干涉SAR雷达系 统主天线的距离压缩后数据S m(t，k)，t = l，2，-_，Nr，k = l，2，-_，Na，投影到该投影成像空间 进行成像处理，得到干涉SAR雷达系统主天线投影成像空间成像结果，记为I m(a，r)，a = 1，···，ΝΧ，Γ=1，···，ΝΥ，其中S m(t，k)为步骤3得到的干涉SAR雷达系统主天线在距离向第t个 快时刻方位向第k个慢时刻的距离压缩后数据;采用标准后向投影成像算法对干涉SAR雷达 系统副天线距离压缩后数据S s(t，k)，t = l，2，-_，Nr，k = l，2，H_，Na，投影到投影成像空间进 行成像处理，得到干涉SAR雷达系统副天线投影成像空间成像结果，记为I s(a，r)，a=lr··， Nx，r=l，…，Ny，其中Ss(t，k)为步骤3得到的干涉SAR雷达系统副天线在距离向第t个快时刻 方位向第k个慢时刻的距离压缩后数据； 对于投影成像空间地形高程为0条件下所得的干涉SAR雷达系统主副天线投影成像空 间成像结果Im(a，r)和Is(a，r)，采用标准干涉SAR高程估计方法进行投地形高程估计，得到 干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的地形高程结果，记为Z(a，r)，a=l r··， Nx,r=l ,··· ,Ny； 步骤7、计算投影成像空间干涉SAR主副图像的相关系数：a = 1, ··· ,Nx,r = 1, ··· 关系数计算的窗口大小为Ws条件下得到的干涉SAR雷达系统主副天线图像在投影成像空间 中分辨单元的相关系数，记为/? (a，r)，a = l，···，Nx，r = l,··· ,Ny，其中尽rs 表示在计算窗 口大小为Ws条件下数学期望运算符号，*表示共辄运算符号，| · |表示绝对值运算符号，λΓ 表示开根方运算符号，Im(a，r)和Is(a，r)为步骤6得到的投影成像空间地形高程为0条件下 所得的干涉SAR雷达系统主副天线投影成像空间成像结果，Ws为步骤5初始化得到的相关系 数计算的窗口大小； 步骤8、利用相关系数阈值对成像空间进行划分： 若干涉SAR雷达系统主副天线图像在投影成像空间中分辨单元的相关系数 Ai. (W)2 A，，a=，1; ，…，Ny，则将该分辨单元划分为干涉SAR投影成像空间高 相干分辨单元，记为QH(a，r)，a=l，···，Nx，r=l，···，Ny;若干涉SAR雷达系统主副天线图像在 投影成像空间中分辨单元的相关系数A,、（"，〃）< A，则将该分辨单元划分为干涉SAR投影 成像空间低相干分辨单元，记为QL(a，r)，a=l，···，Nx，r=l，···，Ny;其中（".〃)为步骤7得 到的干涉SAR雷达系统主副天线图像在投影成像空间中分辨单元的相关系数，ρτ为步骤5得 到的相关系数阈值； 步骤9、采用标准后向投影成像算法对分辨单元进行投影成像处理计算得到干涉SAR雷达系统的高度模糊度，记为Ζ2π，其中λ为 步骤1初始化得到的雷达载波波长，R为步骤4初始化得到的干涉SAR雷达系统到投影成像空 间的参考斜距，Θ为步骤1初始化得到的主天线雷达入射角，Β±为步骤1初始化得到的主副天 线之间的垂直基线长，sin( ·)表示正弦函数运算符号； 对于步骤8得到的干涉SAR投影成像空间高相干分辨单元QH(a，r)，a= 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，利用步骤6得到的对应干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的地形高程结果Z(a，r)，a=l，···，Nx，r=l，···，Ny，构造地形高程区间 a=l，···，Nx，r=l，···，Ny;在地形高程区间中每一个高程值z， 采用标准后向投影成像算法对干涉SAR投影成像空间高相干分辨单元QH(a，r)进行成像，得 到投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR主副天线图像，分别记为64&，^2)和^( &，^ z)，a = l，···，Nx，r=l，···，Ny; 对于步骤8得到的干涉SAR投影成像空间低相干分辨单元QL(a，r)，a= 1，…，Nx，r = 1，···，&，在对应干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的地形高程结果Z(a，r)， 采用标准后向投影成像算法对干涉SAR投影成像空间低相干分辨单元Q L(a，r)，a= 1，…，NX， r = l，···，&，进行成像，得到投影成像空间低相干分辨单元的干涉SAR主副天线的图像，分 别记为〇m(a，r)和O s(a，r)，a=l，···，Nx，r = l，···，Ny; 步骤10、采用最速下降法估计干涉SAR投影成像空间地形高程： 对于步骤8得到的干涉SAR投景^成像空间高相干分辨单元Qh (a，r)，a=l，~，Nx，r=l，~，Ny， 以及步骤9得到的地形高程区间采用最速得到投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR雷达系统主天线图像，记为(^h,rj，a = 1，…，Nx，r= 1，…，Ny，计算得到投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR雷达系统副天线图 像，记为(a,/·)，a=l，···，N x，r = l，···，Ny，计算得到投影成像空间高相干分辨单元的地形 高程结果之，a=l，"_，Nx，r=l，"_，Ny，表示在地形高程寻找满足括号内函数值的最小高程值z，angle( ·)表示 取角度函数符号，上标*表示共辄运算符号，尽表示在计算窗口大小为Wslze条件下数学 期望运算符号，wsize为步骤5初始化得到的地形高度估计的窗口大小WSize = 5，Gm(a，r; Z)和 Gs (a，r;z)为步骤9得到的投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR主副天线图像， G:' (W; z)表示Gs (a，r; z)的共辄； 步骤11、获得最终的干涉SAR雷达系统主副天线图像和地形高程： 采用公式to", = 0",h，:r>+C4 ，将投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR雷 达系统主天线图像，a=l,…，Nx，r = l，…，Ny，与投影成像空间低相干分辨单元的干 涉SAR主天线图像Om(a，r)，a= 1，…，Nx，r= 1，…，Ny，相加，得到干涉SAR雷达系统主天线图 像，记为Imm(a，r)，a=l，···，N x，r=l，···，Ny，其中G", (?./·)为步骤10得到的投影成像空间高 相干分辨单元的干涉SAR雷达系统主天线图像，Om(a，r)为步骤9得到的投影成像空间低相 干分辨单元的干涉SAR主天线图像； 采用公式(α,/·)，:将投影成像空间高相干分辨单元的干涉SAR雷 达系统副天线图像堯，a= 1，…，Nx，r = l，…，Ny，与投影成像空间低相干分辨单元的干 涉SAR副天线图像Os(a，r)，a= 1，…，Nx，r= 1，…，Ny，相加，得到干涉SAR雷达系统副天线图 像，记为Ims(a，r)，a=l，···，N x，r=l，···，Ny，其中为步骤10得到的投影成像空间高 相干分辨单元的干涉SAR雷达系统副天线图像，Os(a，r)为步骤9得到的投影成像空间低相 干分辨单元的干涉SAR副天线图像； 采用公式&(〃,/·) = 将投影成像空间高相干分辨单元的地形高程结 果歲^ 0? ?，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，与干涉SAR雷达系统投影成像空间低相干分辨单元的 地形高程结果Z(a，r)，a = 1，…，Nx，r = 1，…，Ny，相加，得到干涉SAR投影成像空间的地形高 程估计结果，记为ZT(a，r)，a=l，···，N x，r=l，···，Ny，其中之^(a,r)为步骤10得到的投影成 像空间高相干分辨单元的地形高程结果，Z(a，r)为步骤6得到的干涉SAR雷达系统投影成像 空间低相干分辨单元的地形高程结果； 最终实现了干涉SAR成像与地形高程估计的一体化。
【文档编号】G01S13/90GK105929399SQ201610260460
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】韦顺军, 张晓玲, 段亚楠, 余鹏
【申请人】电子科技大学