专利名称：合成孔径雷达三维成像的qr分解方法
技术领域：
本发明涉及雷达三维成像技术领域，是一种针对合成孔径雷达三维成像的处理方法。
背景技术：
合成孔径雷达通过雷达平台在高度方向上的多次平行观测，采集得到了不同视角下对目标的回波数据，沿高度方向的多次采样构成了高度向合成孔径；结合方位向上的孔径合成和距离向上的脉冲压缩，实现了对观测目标的三维成像。2000年，德国学者 A. Reigber 等人’在论文《First Demonstration of Airborne SAR Tomography UsingMultibaseline L-Band Data》中进行了机载多基线SAR三维成像的研究，提出了三维成像的谱估计处理方法。在后续研究中，F. Lomdardini, S. Guillaso等人分别在论文 《Adaptive spectral estimation formultibaseline SAR tomography with airborne L-band data)), ((Polarimetric SAR ^Tomography》中引入了 Capon、MUSIC 等方法进行空间谱估计，提出实现多基线SAR高分辨率的三维成像方法。2003年和2005年，意大利学者 G. Fornaro 等人分另Ij在论文禾口《Three—Dimensional Focusing with Multipass SAR Data))禾口〈〈Three-Dimensional Multipass SAR Focusing !Experiments WithLong-Term Spaceborne Data))中对星载多基线SAR进行了三维成像研究，通过信号建模得到了高度向观测数据和目标高程图像之间的矩阵向量线性方程，并使用波束形成和奇异值分解等方法进行了三维成像实验。多基线SAR三维成像首先对每条轨迹采集的数据进行二维成像， 获取目标在不同观测视角下得到的二维聚焦数据向量，然后利用高度向合成孔径的采样数据估计空间谱，或求解线性方程，得到目标沿高度方向的图像，结合每次观测得到的目标距离-方位二维图像从而实现对目标的三维成像。
发明内容
本发明的目的是提出一种合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，在于根据合成孔径雷达采集的高度向观测数据和目标高程图像之间的线性方程，基于QR分解，以获得高分辨率的三维成像结果。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，是使用QR分解技术对合成孔径雷达采集的高度向多角度数据进行目标三维成像处理；合成孔径雷达是通过对目标在高度向上进行多视角的观测，获取目标沿高度方向的采样数据，它可以通过机载雷达或星载雷达在不同高度位置的多次重复飞行实现，也可以通过安放阵列天线在一次飞行观测中实现，也可以在地基轨道雷达系统中天线的二维平面移动实现；合成孔径雷达沿方位向的各次观测轨迹保持平行，能够单独生成观测场景的二维图像，可以是正侧视、斜视、条带式或聚束式观测模式成像；各次观测轨迹的排列方向，是沿
4垂直高度方向排列，或沿水平方向排列，或沿与水平方向有一夹角的方向排列。所述的合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，其包括如下步骤步骤A 对每次观测采集的目标场景原始回波数据进行二维成像，生成观测场景距离-方位平面的单视复图像；步骤B 对各次观测生成的二维图像序列进行配准，以最低观测位置处得到的图像为主图像；步骤C:对每幅图像进行相位补偿的解斜处理，相位调制因子由各次观测的位置决定；步骤D 由解斜处理后得到的目标高度向观测采样数据和高程成像的运算算子矩阵，得到观测数据和目标高程图像之间的线性方程；步骤E 对矩阵向量形式的线性方程使用QR分解方法进行求逆，得到目标沿高度方向的分辨率图像；步骤F 结合步骤A生成的目标场景二维图像，得到目标的距离-方位-高度三维分辨率图像。所述的合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，其所述步骤D中高程成像的运算算子矩阵的构建公式为
权利要求
1.一种合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，是使用QR分解技术对合成孔径雷达沿高度方向采集的多角度数据进行目标三维成像处理，其特征在于合成孔径雷达是通过对目标在高度方向上进行多视角的观测，获取目标沿高度方向的采样数据，它可以通过机载雷达或星载雷达在不同高度位置的多次重复飞行实现，也可以通过安放阵列天线在一次飞行观测中实现，也可以在地基轨道雷达系统中天线的二维平面移动实现；合成孔径雷达沿方位向的各次观测轨迹保持平行，能够单独生成观测场景的二维图像，可以是正侧视、斜视、条带式或聚束式观测模式成像；各次观测轨迹的排列方向，是沿垂直高度方向排列，或沿水平方向排列，或沿与水平方向有一夹角的方向排列。
2.如权利要求1所述的合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，其特征在于包括如下步骤步骤A 对每次观测采集的目标场景原始回波数据进行二维成像，生成观测场景距离-方位平面的单视复图像；步骤B 对各次观测生成的二维图像序列进行配准，以最低观测位置处得到的图像为主图像；步骤C 对每幅图像进行相位补偿的解斜处理，相位调制因子由各次观测的位置决定；步骤D 由解斜处理后得到的目标高度向观测采样数据和高程成像的运算算子矩阵， 得到观测数据和目标高程图像之间的线性方程；步骤E 对矩阵向量形式的线性方程使用QR分解方法进行求逆，得到目标沿高度方向的分辨率图像；步骤F 结合步骤A生成的目标场景二维图像，得到目标的距离-方位-高度三维分辨率图像。
3.如权利要求2所述的合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，其特征在于所述步骤D中高程成像的运算算子矩阵的构建公式为
4.如权利要求2所述的合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，其特征在于所述步骤 E中QR分解求解线性方程方法获取目标高程图像，包括如下步骤步骤El 对高程成像的运算算子矩阵进行QR分解，分解为正交矩阵和上三角矩阵的乘积；步骤Ε2 对分解得到的正交矩阵求逆，其逆矩阵即为其共轭转置矩阵；步骤E3 由高度向观测采样数据和目标高程图像之间的线性方程，对方程两边分别左乘正交矩阵的逆矩阵，得到反演目标高程图像的上三角矩阵方程； 步骤E4:求解上三角矩阵方程，得到目标的高程向图像。
全文摘要
本发明公开了一种合成孔径雷达三维成像的QR分解方法，涉及雷达三维成像技术，先将各条轨迹观测得到的原始回波数据通过二维聚焦得到观测目标的单视复图像，再将单视复图像序列配准，进行相位补偿的解斜处理，得到目标沿高度向的观测采样数据；根据各次观测的位置和雷达观测几何构建实现目标高程成像的运算矩阵，得到高度向采样数据和目标高程图像之间矩阵向量形式的线性方程；接着对运算矩阵进行QR分解，利用分解后得到的正交矩阵和上三角矩阵求解线性方程，得到目标的高程图像；结合每次二维成像得到的目标二维图像，完成对目标的三维成像。本发明基于QR分解的矩阵方程求逆技术获取目标沿高度向的图像，得到高分辨率的目标三维成像。
文档编号G01S13/90GK102445690SQ20101051382
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者吴一戎, 洪文, 王彦平, 王斌, 谭维贤 申请人:中国科学院电子学研究所