[发明专利]一种SAR差分层析方法及装置

说明书

本发明公开了一种SAR差分层析方法及装置，通过雷达对铁塔进行观测，获取铁塔SAR的原始回波；对原始回波进行距离和方位的压缩，获得复数SAR影像上的观测矩阵；将观测矩阵分解为高度矩阵和形变速度矩阵；通过二维稀疏重构算法分别对高度矩阵和形变速度矩阵进行二维信息稀疏重构，得到重构高度矩阵和重构形变速度矩阵；根据重构高度矩阵和重构形变速度矩阵，获取铁塔强散射点信息。本发明通过对铁塔SAR的原始回波进行处理，结合二维稀疏重构算法对高度矩阵和形变速度矩阵进行重构，最后得到铁塔强散射点信息，解决现有技术中提取铁塔高度和形变速率所面临的计算量大的问题，推动卫星遥感技术在输电线路铁塔形变监测中的实用化进程。

技术领域

本发明涉及分析及测量控制技术领域，尤其涉及一种SAR差分层析方法及装置。

背景技术

输电铁塔是输电线路的重要组成部分，其运行状态决定着电力系统的稳定和安全。因此，需要高效实时地监测输电铁塔的三维影像信息，对其稳定性进行评估，从而进行预警及处置。传统的合成孔径雷达(SAR)技术虽然能够不受云雾、雨雪等条件的限制，对目标进行全天候、全天时的监测，但由于SAR影像中每个像素点是具有相同距离的所有散射点散射系数的叠加，因此存在圆柱对称模糊和叠掩问题，对目标的识别和提取造成了很大的困难。另外，传统的SAR技术需要通过相位解缠获取真实相位，复杂的解缠过程增加了提取信息的难度和误差。SAR差分层析技术可以在高度维进行孔径合成成像，利用空间频谱差异区分了同名像素内的不同散射点，解决叠掩问题，实现铁塔方位-距离-高度-形变速率的四维成像。

用于铁塔的高度维的重建信息是多次重复轨SAR影像同名像素点的幅度和相位，由于重复轨SAR影像的数量有限，与高度维对应的信号采样率远低于奈奎斯特采样率，传统的谱估计方法如傅里叶变换在SAR差分层析成像中只能得到较低的分辨率且旁瓣高。对于输电铁塔目标，在同名像素内通常仅存在少数强散射点，因此近年来压缩感知理论的提出为解决上述的问题提供了一个很好的思路。目前基于压缩感知理论的一维稀疏成像算法在雷达成像中研究较为广泛，该方法将原本二维成像矩阵重拍为一维矩阵，然后利用匹配追踪算法(OMP)、压缩采样匹配追踪算法(CoSaMP)和分段正交匹配追踪算法(StOMP)等压缩感知的算法对信号进行重构成像。但是二维矩阵重拍为一维矩阵造成的矩阵长度过大，运算量也会增大。

因此，如何使得成孔径雷达差分层析成像运算量减小，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种SAR差分层析方法及装置，以解决现有技术中提取铁塔高度和形变速率时所面临的计算量大的问题。

第一方面，本发明提供了一种SAR差分层析方法，包括以下步骤：

通过雷达对铁塔进行观测，获取铁塔SAR的原始回波；

对所述原始回波进行距离和方位的压缩，获得复数SAR影像上的观测矩阵；

将所述观测矩阵分解为高度矩阵和形变速度矩阵；

通过二维稀疏重构算法分别对所述高度矩阵和所述形变速度矩阵进行二维信息稀疏重构，得到重构高度矩阵和重构形变速度矩阵；

根据所述重构高度矩阵和所述重构形变速度矩阵，获取铁塔强散射点信息。

可选择地，所述高度矩阵与所述形变速度矩阵为相乘结构。

可选择地，所述二维稀疏重构算法为二维平滑0阶范数约束优化算法。

可选择地，所述原始回波的个数为若干个，每个所述原始回波对应一个所述复数SAR影像。

可选择地，所述观测矩阵包括垂直基线下对应的观测矩阵和时间基线下对应的观测矩阵。

第二方面，本发明还提供了一种SAR差分层析装置，包括：原始回波获取单元、观测矩阵获取单元、矩阵分解单元、重构单元和信息获取单元，其中：