申请/专利权人：中国科学院空天信息创新研究院

申请日：2024-01-12

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117554962B

主分类号：G01S13/90

分类号：G01S13/90;G01S7/41;G06T17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2024.03.01#实质审查的生效;2024.02.13#公开

摘要：本发明公开了一种基于加权最小二乘的层析SAR无网格三维反演方法，涉及雷达成像和信号处理技术领域。所述方法包括：对预处理后的SAR图像栈进行粗网格三维反演；根据反演结果得到SAR图像栈的解缠绕相位；根据三维成像平面波模型，构建出SAR图像栈的解缠绕相位、散射点斜高和散射点后向散射系数的相位三者之间的线性关系，并使用幅度加权相位最小二乘方法对其求解；根据三维成像平面波模型和三维成像球面波模型之间的转换关系，对散射点的位置进行修正，得到最终的点云。该方法给出了散射点斜高和散射点后向散射系数的解析式，提升了层析SAR三维反演的处理效率和处理精度。

主权项：1.一种基于加权最小二乘的层析SAR无网格三维反演方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、使用快速低精度的三维反演算法对预处理后的SAR图像栈进行三维反演，得到初始的三维点云；步骤2、根据层析SAR三维成像模型、天线位置、初始的反演结果和SAR图像栈，计算得到SAR图像栈的解缠绕相位；步骤3、根据层析SAR三维成像模型，建立SAR图像栈的解缠绕相位、散射点斜高、散射点后向散射系数的相位三者之间的线性关系，然后对该线性关系应用加权最小二乘操作，得到散射点斜高和散射点后向散射系数的相位的解析式；步骤4、将散射点的斜高转换为地距和高度，得到无网格的三维点云，并根据层析SAR三维成像模型、无网格的散射点的位置和SAR图像栈，使用最小二乘方法得到散射点后向散射系数的解析式；其中，所述步骤2包括，根据三维成像球面波模型下天线到散射点距离表达式的精确形式，第个天线到初步反演得到的下视角为的散射点之间的距离表示为： （1）式（1）中，为主天线到散射点的斜距，为所构建坐标系中的下视角，为天线编号，取值范围为到，天线总数为，为第个天线的基线倾角，为第个天线的基线长度；SAR图像栈的图像像素表达式为： （2）其中，表示SAR图像栈中第幅SAR图像的像素，和分别是最小下视角和最大下视角，为成像场景在不同的下视角处的后向散射系数分布，为虚数单位，表示第个天线到下视角为的散射点之间的距离，为雷达载波波长，代表指数运算符，第个天线、第幅SAR图像、观测向量的第个元素具有对应关系；根据SAR图像栈的图像像素表达式（2），将公式（1）中的距离转化为相位，作为SAR图像栈解缠绕相位的第一部分，将其记作： （3）初始散射点的后向散射系数的表达式为： （4）把初始反演结果中散射点的后向散射系数的相位作为SAR图像栈解缠绕相位的第二部分，将其记作： （5）其中，代表复数取幅角运算符；从SAR图像栈中的各幅图像中逐像素抽取出相同位置的像素构成观测向量，其在初始反演结果中对应的观测向量估计值中的第个元素表示为： （6）其中，代表初始反演结果中对应的观测向量估计值中的第个元素；对观测向量和观测向量估计值的共轭进行相乘后取相位，作为SAR图像栈解缠绕相位的第三部分： （7）其中，代表第个元素的共轭；把上述的SAR图像栈解缠绕相位的三个部分相加，即得到SAR图像栈的解缠绕相位： （8）所述步骤3包括，步骤3.1，引入三维成像平面波模型下距离公式的近似形式： （9）其中，代表三维成像平面波模型下天线到散射点距离表达式的近似形式，为散射点的精确位置所对应的斜高，斜高坐标轴垂直于主天线和初始散射点的连线，指向斜上方；设待反演的散射点精确的后向散射系数为： （10）其中，是散射点后向散射系数的幅度，是散射点后向散射系数的相位；当稀疏度为1时，三维成像平面波模型下SAR图像像素的表达形式： （11）其中，为噪声；结合公式（8）及公式（11），得： （12）其中，为相位噪声；联立公式（9）和公式（12），得： （13）即得到了SAR图像栈的解缠绕相位、散射点斜高和散射点后向散射系数的相位三者之间的线性关系式；步骤3.2根据观测向量的散射强度构建加权矩阵，使用加权最小二乘方法求解步骤3.1中的线性关系式（13），得到散射点斜高和散射点后向散射系数的相位的解析式：（14） （15）式中，和分别表示向量中的第一个元素和第二个元素，向量为向量的估计结果，是由未知量构成的向量，是由已知量构成的向量和由未知量构成的向量之间的转换矩阵，是加权矩阵，是由已知量构成的向量；所述步骤4包括，根据三维成像平面波模型和球面波模型之间的转换关系，对散射点斜高进行转换： （16）其中，为散射点的精确的无网格的下视角，为基线的整体倾角；将散射点转换到地距-高度坐标系，地距和高度的表达式分别是： （17） （18）其中，是主天线的地距，是主天线的高度；根据三维成像球面波模型，和散射点的精确的无网格的下视角，构建导向矢量，导线矢量的第个元素为： （19）其中，为第个天线到下视角为的散射点的距离，表达式为： （20）最后，散射点后向散射系数的表达式为： （21）其中，表示的共轭。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国科学院空天信息创新研究院 一种基于加权最小二乘的层析SAR无网格三维反演方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD