[发明专利]基于正交图像配准的地基合成孔径雷达三维成像方法

权利要求书

1.一种基于正交图像配准的地基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1：控制雷达对目标区域进行水平方向和竖直方向扫描，获得水平孔径雷达SAR图像和竖直孔径雷达SAR图像；

步骤2：以水平孔径雷达SAR图像或者竖直孔径雷达SAR图像中的任一图像为基准，将水平孔径雷达SAR图像和竖直孔径雷达SAR图像进行配准处理；

步骤3：将配准后的水平孔径雷达SAR图像和竖直孔径雷达SAR图像合成SAR复图像，获得以雷达环绕的定点为中心的三维坐标信息；

步骤4：将步骤3中得到的三维坐标信息进行目标区域的三维重建，形成三维图像；

所述步骤1包括：

相对目标区域建立直角坐标系，使得雷达绕坐标系定点转动扫描目标区域；

当控制雷达绕定点在水平方向扫描时，雷达从水平位置A移动至水平位置B，将雷达扫描获得的数据经过SAR图像处理得到水平SAR图H；

当控制雷达绕定点在竖直方向扫描时，雷达从竖直位置C移动至竖直位置D，将雷达扫描获得的数据经过SAR图像处理得到竖直SAR图V；

所述步骤2包括：

当以水平SAR图H为基准时，

找出竖直SAR图V相对于水平SAR图H在距离向和方位向上的偏移量，即配准参数，然后对竖直SAR图V进行插值重采样，使水平孔径雷达SAR图像和竖直孔径雷达SAR图像间的偏移误差小于一个像素点。

2.根据权利要求1所述的基于正交图像配准的地基合成孔径雷达三维成像方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1：将经过配准处理的竖直SAR图V和水平SAR图H复合成一幅图像后得出现一个重叠区域I，且目标区域的某一目标点P包含在该重叠区域I中；

步骤3.2：设计坐标转换模型，即将竖直SAR图V中所在的区域I内的每个像素点的竖直方位信息附加到水平SAR图H中所在的区域I内的对应像素点上，计算得到目标点P相对于雷达环绕的定点的三维坐标信息。

3.根据权利要求2所述的基于正交图像配准的地基合成孔径雷达三维成像方法，其特征在于，所述步骤3.2中目标点P相对于雷达环绕的定点的三维坐标信息的计算公式如下：

其中：r_x＝Rcos(φ-ωt)；

r_y＝Rsin(φ-ωt)；

r_z＝0；

式中：r(t)表示目标点P到雷达的实时距离，r_x表示雷达在三维笛卡儿坐标系上对应的X轴坐标值，r_y表示雷达在三维笛卡儿坐标系上对应的Y轴坐标值，r_z表示雷达在三维笛卡儿坐标系上对应的Z轴坐标值，R表示雷达的旋转臂长度，φ表示雷达的起始位置或终止位置关于X轴的角度，ω表示雷达扫描的角速度，x表示目标点P在三维笛卡尔坐标系上对应的X轴坐标值，y表示目标点P在三维笛卡尔坐标系上对应的Y轴坐标值，z表示目标点P在三维笛卡尔坐标系上对应的Z轴坐标值；

当雷达的发射信号为：时；

目标点P(x,y,z)的回波信号的计算公式如下：

式中：S_t(t,τ)表示雷达的发射信号，rect(·)表示矩形包络运算，T_p表示雷达的脉冲宽度，f_c表示雷达信号载频，k_r表示雷达信号调频斜率，τ和t分别表示快时间和慢时间，S_r(t,τ)表示目标点P(x,y,z)的回波信号，a_t表示接收信号强度，c为电磁波传播速度，e表示自然常数，j表示复数的虚数单位，即