[发明专利]一种非均匀分布的多基线合成孔径雷达三维成像方法

权利要求书

1.一种非均匀分布的多基线合成孔径雷达三维成像方法，是通过雷达平台在不同高度位置的多次重复飞行采集多基线合成孔径雷达的数据，各次飞行轨迹之间是非等间隔分布的，获取的多基线合成孔径雷达数据是非均匀采样的；其特征在于：

多基线合成孔径雷达各次飞行的轨迹保持平行，各次飞行是正侧视、斜视、条带式或聚束式观测模式成像，能够单独生成观测场景的二维图像；各次轨迹的排列方向，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；

在基线非均匀分布的情况下，使用缺失数据的幅度和相位估计方法进行对非均匀采样的高度向数据求取空间谱，得目标沿高度方向的分辨率图像，结合二维图像，实现对目标沿高度方向的三维成像。

2.如权利要求1所述的非均匀分布的多基线合成孔径雷达三维成像方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A：对每次飞行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-方位平面的图像序列，得到高度向每次观测下目标的二维聚焦复数据；

步骤B：对二维图像序列进行配准，以最低轨道位置处的图像为参考图像，其余图像经过位置移动与其对准；

步骤C：对每幅图像进行相位补偿的解斜处理，去除高度向采样信号中的线性调频项，使得频率值与目标高度位置线性相关；

步骤D：提取目标由各次飞行观测得到的并经过解析处理后的二维复数据向量，它是目标高度向合成孔径的非等间隔采样数据；

步骤E：对每个距离-方位分辨单元内的目标高度向非均匀采样数据，使用缺失数据幅度相位估计方法对非均匀的数据向量求取空间谱，得到目标沿高度方向的分辨率图像；

步骤F：将步骤E中空间谱估计得到的目标高度向图像，结合步骤A生成的观测场景距离-方位平面的图像，得到目标在斜距-方位-仰角高度三维空间内的三维分辨率图像；

步骤G：斜地高程坐标转换，将目标三维成像结果的斜距-方位-仰角高度坐标，转换为地距-方位-垂直高度方向坐标。

3.如权利要求2所述的非均匀分布的多基线合成孔径雷达三维成像方法，其特征在于：所述步骤E中得到目标沿高度方向的分辨率图像，包括如下步骤：

步骤E1：由已观测的非均匀分布的多基线SAR数据，得到目标沿高度向观测数据所在的非均匀采样的位置；根据这些非均匀采样的位置，以最小采样距离为单位间隔，重新划分采样位置，得到采样间隔相等的数据采集位置，从而重建出均匀采样时多基线SAR数据位置分布；

步骤E2：求取高度向合成孔径数据空间谱和噪声协方差矩阵的初始值；即根据重新划分出的均匀采样位置，将采样位置处未观测到的数据置零，得到目标高度向合成孔径数据向量，通过快速傅里叶变换求取初始值；

步骤E3：根据计算得到的空间谱和噪声协方差矩阵值，求取以目标高度向已知数据为条件的未知数据的数学期望和协方差矩阵；

步骤E4：利用已求的数学期望和协方差矩阵，更新高度向合成孔径数据的空间谱和噪声协方差矩阵；

步骤E5：判断估计的空间谱是否收敛，当前空间谱与前一空间谱的功率之差小于预设门限时，结果收敛，执行下一步；反之，如果功率差大于预设门限值，结果不收敛，返回步骤E3；

步骤E6：将估计得到的空间谱作为目标沿高度向的分辨率图像。

4.如权利要求3所述的非均匀分布的多基线合成孔径雷达三维成像方法，其特征在于：所述步骤E1，是将高度向合成孔径数据分割成L个相互重叠的数据段，即l＝1，...L，其中，h_l为目标高度向合成孔径数据第l个采样数据，K表示每个数据段中共有K个元素；同时得到数据分段后各数据段中的已观测数据g_l和未观测数据μ_l。

5.如权利要求3所述的非均匀分布的多基线合成孔径雷达三维成像方法，其特征在于：所述步骤E2，是根据采样数据的位置求取观测数据和缺失数据与均匀采样数据之间的酉变换矩阵S₁、S₂，它们之间的关系表示为其中，l为分割后的第l个数据段。