[发明专利]一种多基线干涉合成孔径雷达三维重建方法

权利要求书

1.一种多基线干涉合成孔径雷达三维重建方法，其特征在于通过同名点的多个干涉相位直接计算三维坐标，包括以下步骤：（1）获取测区的航空合成孔径雷达单视复数据和POS观测值，或航天合成孔径雷达单视复数据和轨道、姿态观测值，以及雷达中心频率；（2）生成同一区域若干干涉条纹图；（3）干涉图配准，选择一幅干涉图作为基准，其余的干涉图以其为参考进行配准；（4）建立多基线三维重建模型；（5）选择合适初值进行迭代求解；（6）根据求解后的三维坐标提取高程信息或进行地理编码。

2.根据权利要求1所述的多基线干涉SAR三维重建方法，其特征在于，所述步骤（4）中，引入绝对干涉相位整周期数参与模型建立，即使用移动坐标系和地心直角坐标系；移动坐标系以主天线相位中心为原点，其三个正交基和为：

v^=v|v|n^=w^⊗v^w^=v⊗b|v⊗b|]]>

式中，v表示当前时刻的速度矢量，b为基线矢量，v与b均在地心直角坐标系下，建立单基线三维重建模型如下：

式中，[P_x  P_y  P_z]^T为目标点坐标，k为干涉相位整周期数，[S_1x  S_1y  S_1z]^T为主天线相位中心，|r|为斜距，[r_v  r_n  r_w]^T为移动坐标系下的单位视向量，是整周期数k的函数，u11u12u13u21u22u23u31u32u33]]>为移动坐标下向地心坐标系下转换的旋转矩阵；其中单位视向量由下式表示：

rv=r^·v^=λ·fdop2|v|rn=1|bpv|(r^·b-b·v^·rv)=1|bpv|(|r|2(1+(|b||r|)2-(1-λ(φ+2kπ)/2Qπ|r|)2)-bv·rv)rw=±1-rv2-rn2]]>

式中，r_v、r_n和r_w分别是单位视向量在三个正交基上的投影，λ为雷达波长，f_dop为多普勒频率，b_v为基线在速度方向上的分量，b_pv为基线在垂直于速度方向平面内的分量，φ是缠绕干涉相位，Q为天线收发模式，联合多个单基线三维重建模型，建立多基线三维重建模型如下：

F1(PxPyPzk1)=0...Fn(PxPyPzkn)=0]]>

式中，F₁是第一组干涉数据的三维重建模型，F_n是第n组干涉数据的三维重建模型，k₁是第一组干涉数据的整周期数，k_n是第n组干涉数据的整周期数；

所述步骤（5）中，使用移动坐标系和地心直角坐标系，解算方法包括如下步骤：

（a）初值的选择，选择雷达成像时选用的参考高程面高程值为初始高程值，并利用距离-多普勒模型计算[P_x  P_y  P_z]^T和k值作为迭代运算的初值。

（b）将上述多基线三维重建模型线性化：

F10+∂F1∂Pxdx+∂F1∂Pydy+∂F1∂Pzdz+∂F1∂k1dk1=0...Fn0+∂Fn∂Pxdx+∂Fn∂Pydy+∂Fn∂Pzdz+∂Fn∂kndkn=0]]>

将各参数初值带入各组干涉数据的三维重建模型，获得初值F₁₀……F_n0；

（c）首先求解所有干涉数据整周期数的改正数dk，建立误差方程：

A·dk＝L_A，其中LA=F10...Fn0]]>

式中,A为整周期数的改正数的系数矩阵,L_A为方程误差；通过误差方程，解算dk＝-(A^TA)^-1A^TL_A；

（d）其次求解目标三维坐标的改正数dx、dy和dz，建立误差方程：

B·dxdydz=LB,]]>其中B=-1000-1000-1...-1000-1000-1,]]>LB=F10...Fn0]]>

式中,B为目标三维坐标的改正数的系数矩阵,L_B为方程误差；通过误差方程，解算[dx  dy  dz]^T＝-(B^TB)^-1B^TL_B；

（e）通过步骤（c）～步骤（d）反复迭代，直到方程解的误差小于给定限差为止，最后得到目标点三维坐标。

3.根据权利要求1所述的多基线干涉SAR三维重建方法，其特征在于：所述步骤(5)中通过同名点的多个干涉相位直接计算干涉图的干涉相位整周期数和目标的三维坐标。