[发明专利]一种多基线干涉合成孔径雷达三维重建方法

摘要

本发明涉及一种多基线干涉合成孔径雷达三维重建方法，该方法从多个干涉相位直接计算三维坐标，其过程包括以下步骤（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。所述方法能够避免干涉相位解缠，减弱偶然误差，提高获取DEM的精度，提供的方案可以在复杂地形地表三维重建中起到重要的作用，具有较佳的技术效果。

主权项

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目标三维坐标，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)干涉条纹图配准，选择一幅干涉条纹图作为基准，其余的干涉条纹图以其为参考进行配准；(4)基于距离‑多普勒方程和干涉方程建立单基线三维重建模型，联合多个单基线三维重建模型建立多基线三维重建模型；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，基于距离‑多普勒方程和干涉方程建立的单基线三维重建模型如下：式中，[Px Py Pz]T为目标三维坐标，k为干涉相位整周期数，[S1x S1y S1z]T为主天线相位中心，|r|为斜距，[rv rn rw]T为移动坐标系下的单位视向量，是整周期数k的函数，为移动坐标系下向地心直角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|ppv|(|r|2(1+(|b||r|)2-(1-λ(φ+2kπ)/2Qπ|r|)2)-bv·rv)rw=±1-rv2-rn2]]>式中，为单位视向量，rv、rn和rw分别是单位视向量在三个正交基上的投影，λ为雷达波长，fdop为多普勒频率，bv为基线在速度方向上的分量，bpv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：F1PxPyPzk1=0...FnPxPyPzkn=0]]>式中，F1是第一组干涉数据的三维重建模型，Fn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，kn是第n组干涉数据的整周期数；(5)选择雷达成像时使用的参考高程面高程值为初始高程值，迭代计算干涉相位整周期数和目标三维坐标，直到方程解的误差小于给定限差；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‑多普勒方程计算[Px Py Pz]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∂khdkn=0]]>将各参数初值代入各组干涉数据的三维重建模型，获得初值F10……Fn0；(c)首先求解所有干涉相位整周期数的改正数dk，建立误差方程：A·dk＝LA，其中式中,A为整周期数的改正数的系数矩阵,LA为方程误差；通过误差方程，解算dk＝‑(ATA)‑1ATLA；(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：其中式中,B为目标三维坐标的改正数的系数矩阵,LB为方程误差；通过误差方程，解算[dx dy dz]T＝‑(BTB)‑1BTLB；(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，最后得到目标三维坐标；(6)根据求解后的目标三维坐标提取高程信息或进行地理编码。