专利名称：：一种线阵三维成像合成孔径雷达分辨率融合方法
技术领域：
：本发明属于雷达
技术领域：
，它特别涉及了合成孔径雷达(SAR)成像
技术领域：
。
背景技术：
：线阵三维成像合成孔径雷达(LASAR)是将线性阵列天线固定在运动的平台上，以合成二维平面阵列，并进行三维成像的一种新型合成孔径雷达系统。线阵三维成像合成孔径雷达能够实现目前单天线合成孔径雷达不能实现的对三维地面进行成像的能力，目甜已成为合成孔径雷达领域的研究热点。根据本发明人了解以及已发表的文献，例如J.Klare,A.Brenner,J.Ender,"ANewAirborneRadarfor3DImaging-ImageFormationusingtheARTINOPrinciple-",EUSAR,Dresden,Germany,2006.BASSEMR.MAHAFZA,MITCHSAJJADI"Three-dimensionalSARimagingusinglineararrayintransversemotion"IEEEtransactiononaerospaceandelectronicsystemVOL32，NO.1JANUARY1996，由于受到阵列天线长度的限制，线阵三维成像合成孔径雷达获得的图像的切航迹分辨率一般小于沿航迹方向分辨率，为了提高线阵三维成像合成孔径雷达的分辨率，必须研究其相应的分辨率融合技术。根据本发明人了解，关于线阵三维成像合成孔径雷达分辨率融合方法，目甜尚没有公丌发表的技术文献。
发明内容为了克服现有线阵三维成像合成孔径雷达获得的图像的切航迹分辨率一般小于沿航迹方向分辨率的问题，本发明提供了一种线阵三维成像合成孔径雷达分辨率融合方法，采用本发明的方法可以的到高分辨率的线阵三维成像合成孔径雷达图像。为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义定义l、线阵三维成像合成孔径雷达(LASAR)线阵三维成像合成孔径雷达(LASAR)是将线性阵列天线固定在运动的平台上，以合成二维平面阵列，并进行三维成像的一种新型合成孔径雷达系统。详见文献R.Giret，H.Jeuland,P.Enert,"AStudyofa3D-SARConc印tfora3Millimeter-WaveImagingRadaronboardanUAV",EuropeanRadarConference,2004,pp201-204.。由于受到阵列天线长度的限制，线阵三维成像合成孔径雷达获得的图像的切航迹分辨率一般小于沿航迹方向分辨率。定义2、线阵三维成像合成孔径雷达图像线阵三维成像合成孔径雷达图像是指对线阵三维成像合成孔径雷达数据进行成像处理后的得到的数据，其中包含了空间中不同位置处散射系数的分布。详见文献J.Klare,A.Brenner,J.Ender,"ANewAirborneRadarfor3DImaging-ImageFormationusingtheARTINOPrinciple-",EUSAR，Dresden,Germany,2006。由线阵三维成像合成孔径雷达图像可以很容易得到线阵三维成像合成孔径雷达图像的高分辨率方向的图像点数尸和线阵三维成像合成孔径雷达图像低分辨率方向的图像点数2;定义3、正交轨迹三维成像合成孔径雷达正交轨迹三维成像合成孔径雷达是指两部线阵三维成像合成孔径雷达沿相互垂直的运动轨迹飞行，其轨迹方向分别记做x方向和y方向，其工作原理图详见附图1。定义4、x(y)方向低分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像利用正交轨迹三维成像合成孔径雷达可得到两幅线阵三维成像合成孔径雷达图像，其中一幅线阵三维成像合成孔径雷达图像具有高y方向分辨率和低x方向分辨率，称作x方向低分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像，记做G、另外一幅线阵三维成像合成孔径雷达图像具有高x方向分辨率和低y方向分辨率，称作y方向低分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像，记做G^。定义5、辛格函数(sine)定义6、正交补矩阵矩阵A的正交补矩阵A1可以通过求解矩阵方程AAi=0获得。具体计算方、/去"i羊见文献StevenJ.Leon"LinearAlgebrawithapplications",[c]7thed.Chap5,PearsonEducation,Inc.,publishingasPrenticeHall,2007pp.225-232.定义7、矩阵的逆矩阵矩阵A的逆矩阵A—'定义为A.A-'=1，其中，I表示单位矩阵。详见文献刘新卫、戴明强，"线性代数"，[c]，科学出版社,2003。本发明提供了一种线阵三维成像合成孔径雷达分辨率融合方法，它包含以下几个歩骤歩骤l、构造尺度矩阵H:sinc(户/jV)、构造尺度矩阵H，其中，尸表示线阵三维成利用公式H二sinc(;/iV-l)sinc(;/7V—g)像合成孔径雷达图像高分辨率方向的图像点数，g表示线阵三维成像合成孔径雷达图像低分辨率方向的图像点数，^=尸/2,且W，户和0都为自然数；P为自然数，/7=1,2,...,尸；其中的P和g可以从线阵三维成像合成孔径雷达图像很容易地得到；步骤2、计算尺度矩阵H的正交补矩阵H、计算方程H.Hi:0的解，得到尺度矩阵H的正交补矩阵，记做H1。步骤3、计算细节矩阵利用公式G':G^T'计算低分辨三维成像合成孔径雷达图像，记做G';利用公式D^G^(HV计算x方向细节图像，记做D';利用公式D、H勺y计算y方向细节图像，记做D2，其中，GY为x方向低分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像，G;'为y方向低分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像，上标r表示矩阵转置操作。歩骤4、构造分辨率融合前矩阵利用公式M二G'D'D20，将低分辨三维成像合成孔径雷达图像G'，x方向细节图像D'和y方向细节图像D2构造成分辨率融合前矩阵，记做M。歩骤5、计算分辨率融合后图像利用公式0二[HH1]7.，将尺度矩阵H和尺度矩阵H的正交补矩阵H^构造成分辨率融合变换矩阵，记做0;然后，计算分辨率融合变换矩阵G)的逆矩阵，记做0—';最后，利用公式6"=0—'M「G)一"f计算分辨率融合后图像，记做6"。经过上述操作，即可得到正交轨迹三维成像合成孔径雷达融合后的高分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像。本发明的创新点在于针对线阵三维成像合成孔径雷达获得的图像的切航迹分辨率较低的问题，采用两部运动轨迹正交的线阵三维成像合成孔径雷达对同一区域进行成像，然后采用矩阵正交空间投影技术，将得到的两幅图像进行融合，从而得到高分辨率的线阵三维成像合成孔径雷达图像。本发明解决了线阵三维成像合成孔径雷达获得的图像的切航迹分辨率较低的问题。从中可以看出，本发明的方法可将图3和图4中x(y)方向模糊的三维成像合成孔径雷达图像融合为一幅高分辨率三维成像合成孔径雷达图像，且融合后的图像与原始图像(图2)基本一致。从图2、3、4、5可以看出，本发明提出的线阵三维成像合成孔径雷达分辨率融合方法可以提高线阵三维成像合成孔径雷达图像的分辨率。本发明的优点在于利用较短的阵列天线实现了线阵三维成像合成孔径雷达高分辨率成像。本发明可以应用于合成孔径雷达成像，地球遥感等领域。图1为正交轨迹三维成像合成孔径雷达工作原理图其中SAR—A和SAR—B分别表示正交运动的两部线阵三维成像合成孔径雷达。图2为具体实施方式中采用的线阵三维成像合成孔径雷达原始图像其中l、2、3、4分别表示四个可以互相区分的散射点。图3为具体实施方式中采用的x方向低分辨线阵三维成像合成孔径雷达图像其中5、6分别表示由于x方向分辨率较低导致的x方向散射点的模糊。图4为具体实施方式中采用的y方向低分辨线阵三维成像合成孔径雷达图像其中7、8分别表示由于y方向分辨率较低导致的y方向散射点的模糊。图5是采用本发明提供方法得到的图像3和图像4融合后线阵三维成像合成孔径雷达图像其中，9、10、11、12分别表示采用本发明后得到的四个可以相互区分的散射点。图6是本发明提供方法的流程图。具体实施例方式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MATLAB7.0上验证正确。具体实施歩骤如下歩骤l、构造尺度矩阵H:sinc(p/利用公式!!=Sin#^—Dsinc(p/W—0W=3，/=1,2"."300。，构造尺度矩阵H，其中尸=300，0=100歩骤2、计算尺度矩阵H的正交补矩阵H、计算方程H.Hi:0的解，得到尺度矩阵H的正交补矩阵，记做H1。步骤3、计算细节矩阵禾U用公式G'二G、'HT计算低分辨三维成像合成孔径雷达图像，记做G、利用公式D^GXHY计算x方向细节图像，记做D、利用公式D、HiGH十算y方向细节图像，记做D2，其中，上标r表示矩阵转置操作,歩骤4、构造分辨率融合前矩阵G,D利用公式M二D20，将低分辨三维成像合成孔径雷达图像G、x方向细节图像D1和y方向细节图像D^勾造成分辨率融合前矩阵，记做M。步骤5、计算分辨率融合后图像利用公式0二[HH1]、将尺度矩阵H和尺度矩阵H的正交补矩阵I^构造成分辨率融合变换矩阵，记做0;然后，计算分辨率融合变换矩阵0的逆矩阵，记做0—1;最后，利用公式^':0一M「0—117计算分辨率融合后图像，记做^'。通过本发明具体实施方式可以看出，本发明所提供线阵三维成像合成孔径雷达分辨率融合方法能够将两幅图像进行融合，从而得到高分辨率的线阵三维成像合成孔径雷达图像。权利要求1、一种线阵三维成像合成孔径雷达分辨率融合方法，其特征实它包含以下几个步骤步骤1、构造尺度矩阵H利用公式<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>H</mi><mo>=</mo><msub><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>sin</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>/</mo><mi>N</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>sin</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>/</mo><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>sin</mi><mi>c</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>/</mo><mi>N</mi><mo>-</mo><mi>Q</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mi>Q</mi><mo>×</mo><mi>P</mi></mrow></msub></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2008100447870002C1.tif"wi="41"he="24"top="44"left="48"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>构造尺度矩阵H，其中，P表示线阵三维成像合成孔径雷达图像高分辨率方向的图像点数，Q表示线阵三维成像合成孔径雷达图像低分辨率方向的图像点数，N＝P/Q，且N，P和Q都为自然数；p为自然数，p＝1，2，...，P；其中的P和Q从线阵三维成像合成孔径雷达图像得到；步骤2、计算尺度矩阵H的正交补矩阵H⊥计算方程H·H⊥＝0的解，得到尺度矩阵H的正交补矩阵，记做H⊥；步骤3、计算细节矩阵利用公式Gl＝GxHT计算低分辨三维成像合成孔径雷达图像，记做Gl；利用公式D1＝Gx(H⊥)T计算x方向细节图像，记做D1；利用公式D2＝H⊥Gy计算y方向细节图像，记做D2，其中，Gx为x方向低分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像，Gy为y方向低分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像，上标T表示矩阵转置操作；步骤4、构造分辨率融合前矩阵利用公式<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><mi>M</mi><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msup><mi>G</mi><mi>l</mi></msup></mtd><mtd><msup><mi>D</mi><mn>1</mn></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><mi>D</mi><mn>2</mn></msup></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0002"file="A2008100447870002C2.tif"wi="27"he="12"top="186"left="47"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>将低分辨三维成像合成孔径雷达图像Gl，x方向细节图像D1和y方向细节图像D2构造成分辨率融合前矩阵，记做M；步骤5、计算分辨率融合后图像利用公式Θ＝[HH⊥]T，将尺度矩阵H和尺度矩阵H的正交补矩阵H⊥构造成分辨率融合变换矩阵，记做Θ；然后，计算分辨率融合变换矩阵Θ的逆矩阵，记做Θ-1；最后，利用公式<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><msup><mover><mi>G</mi><mo>~</mo></mover><mi>h</mi></msup><mo>=</mo><msup><mi>Θ</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mi>M</mi><msup><mrow><mo>[</mo><msup><mi>Θ</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>]</mo></mrow><mi>T</mi></msup></mrow>]]></math>id="icf0003"file="A2008100447870002C3.tif"wi="31"he="7"top="244"left="53"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>计算分辨率融合后图像，记做id="icf0004"file="A2008100447870002C4.tif"wi="7"he="4"top="243"left="141"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>全文摘要本发明提供了一种线阵三维成像合成孔径雷达分辨率融合方法，本发明采用两部运动轨迹正交的线阵三维成像合成孔径雷达对同一区域进行成像，然后采用矩阵正交空间投影技术，将得到的两幅图像进行融合，从而得到高分辨率的线阵三维成像合成孔径雷达图像。本发明解决了线阵三维成像合成孔径雷达图像切航迹分辨率小于沿航迹方向分辨率的问题。本发明的优点在于利用较短的阵列天线实现了线阵三维成像合成孔径雷达高分辨率成像，它可以应用于合成孔径雷达成像、地球遥感等领域。文档编号G01S7/02GK101614810SQ20081004478公开日2009年12月30日申请日期2008年6月25日优先权日2008年6月25日发明者君师,张晓玲,杨建宇,齐文元申请人:电子科技大学