多基线层析SAR三维成像算法研究
发布时间：2022-01-22 22:00
多基线层析SAR是一种具有三维空间分辨能力的成像技术,可以有效解决二维SAR成像中的叠掩等问题。相比于其它阵列SAR、圆周SAR等在回波数据域进行三维处理的成像技术,具有实现简单、运算量小以及不需改变现有成像系统和成像算法的优势。在地形测绘、资源探测、灾害评估以及军事侦察等领域具有广阔的应用前景,是目前SAR领域研究的热点。该技术利用不同视角上多次航过构成的多基线系统,获得同一目标区域的SAR图像序列,在高度向合成一个大孔径,进而得到高度维的分辨率,实现对场景的三维重建。但如何在非均匀航过分布和稀疏航过分布下实现高精度的成像是多基线层析SAR成像算法面临的主要问题,因此本文针对航过非均匀分布和航过稀疏分布情况下的高精度成像算法展开了研究,主要研究内容和创新如下:1、研究了多基线层析SAR成像的相关理论。首先,详细阐述了多基线层析SAR三维成像理论,包括几何模型的构建、三维成像数学模型的推导以及成像处理流程的介绍;其次,分析了影响高度向分辨率和最大范围无模糊成像的因素,说明了航过数目和航过间隔对高度向分辨率和成像模糊之间的相互制约问题。然后,针对实际中航过分布的多样性,讨论了非均匀航过分...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
InSAR技术原理示意图
电子科技大学硕士学位论文2干涉SAR技术，利用两幅或多幅SAR图像的干涉相位，经过去平地、相位滤波以及相位解缠后，利用目标高度与干涉相位之间的对应关系，反演出目标的高度信息，实现对目标的三维成像[9]，如图1-2所示。但是，对图像中所有相同的像素单元，通过干涉SAR技术得到的高度与像素单元内所有散射点的相位有关。因此，干涉SAR技术得到的三维成像结果不可以分辨出相同像素单元内的不同散射点的具体高度向分布，即对具有相同距离不同高度的目标不具备分辨能力。所以，干涉SAR技术只能用于表面高程测量[2,10-12]。图1-2InSAR技术原理示意图曲线SAR成像技术，通过SAR平台在距离-方位垂向平面上的曲线轨迹运动，能够全方位多角度获取观测场景的回波数据，然后对三维频率数据进行处理，得到三维成像结果[3]，其几何模型如图1-3(a)所示。该技术不仅能够获得具有三维分辨率的成像结果，而且它对目标的散射信息提取能力也更强，成像的精度更好。但是，为了保证成像结果的准确性和精确性，其飞行轨迹必须严格控制，而且要求在平台飞行过程中方位向和高度向的采样点足够密集，以保证三维频率采样点足够；同时，该技术还要求准确的雷达数据采样位置信息[13-17]。(a)(b)(c)图1-3三维成像技术几何模型。(a)曲线SAR技术；(b)线阵SAR技术；(c)层析SAR技术
准确的三维成像效果，线阵SAR往往需要足够多的阵列天线，以及良好的阵列设计[18-20]。层析SAR三维成像技术，如图1-3(c)，是干涉SAR成像技术的扩展，它在不同高度向上添加了多个基线，在高度向上形成了一个合成孔径，因此具有了高度向分辨能力，能够实现三维高分辨成像。因此，从这种角度看层析SAR又称为多基线层析SAR[21]。该技术通过不同视角下的多个航过对同一区域进行数据采集，对获取的二维SAR图像进行配准后，在高度向上进行孔径合成，最后通过谱分析等聚焦技术重构出高度向的散射分布，实现三维场景重建[3]，如图1-4所示。多基线层析SAR成像技术既能克服二维SAR成像技术处理中出现的叠掩、透视收缩和阴影问题，又解决了InSAR技术对高度向上的散射点缺乏分辨力的缺陷，真正意义上实现对目标的三维高精度成像[22-25]。图1-4多基线层析SAR三维成像原理示意图多基线层析SAR与干涉SAR的区别在于：干涉SAR技术是利用图像间的干涉相位反演目标高度，反演高程时需要解决相位缠绕问题[10]。而且，干涉SAR技术不具有高度向的分辨能力，其三维结果只是表面高度[26]。多基线层析SAR技术、曲线SAR技术以及阵列SAR技术都可以实现三维高分辨率成像，但仍存在不同。曲线SAR技术虽然能分辨相同距离不同高度向上的目标点，但是其在成像过程中要求雷达平台在观测场景上方沿着严格的曲线轨迹航行。而且，曲线SAR技术直接获取并处理目标区域产生的三维SAR回波数据，与传统的二维SAR回波数据处理相比，三维SAR回波数据存在耦合，这往往对技
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器学习的阵列层析SAR建筑物目标提取方法[J]. 秦斐,梁兴东,张福博,陈龙永,乔明,李焱磊,万阳良. 信号处理. 2019(02)
[2]基于快速阈值迭代的SAR层析成像处理方法[J]. 赵克祥,毕辉,张冰尘. 系统工程与电子技术. 2017(05)
[3]基于RIPless理论的层析SAR成像航迹分布优化方法[J]. 毕辉,张冰尘,洪文. 航空学报. 2016(02)
[4]基于正则化正交匹配追踪的SAR层析成像[J]. 闵锐,杨倩倩,皮亦鸣,曹宗杰. 电子测量与仪器学报. 2012(12)
[5]压缩感知理论及其研究进展[J]. 石光明,刘丹华,高大化,刘哲,林杰,王良君. 电子学报. 2009(05)
[6]长序列星载合成孔径雷达数据层析处理技术[J]. 王彦平,王斌,洪文,吴一戎. 测试技术学报. 2008(06)
博士论文
[1]线阵三维合成孔径雷达稀疏成像技术研究[D]. 韦顺军.电子科技大学 2013
[2]SAR层析与差分层析成像技术研究[D]. 孙希龙.国防科学技术大学 2012
[3]SAR层析三维成像技术研究[D]. 王金峰.电子科技大学 2010
[4]双基地SAR与线阵SAR原理及成像技术研究[D]. 师君.电子科技大学 2009
[5]多基线层析成像合成孔径雷达研究[D]. 柳祥乐.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2007
硕士论文
[1]基于矩阵完备理论的稀疏基线层析SAR成像[D]. 赵贝.南京邮电大学 2018
[2]输电铁塔的SAR层析算法研究[D]. 刘长李.电子科技大学 2018
[3]基于压缩感知的层析SAR成像方法研究[D]. 张志春.北京建筑大学 2017
[4]基于压缩感知的非均匀空间立体阵SAR三维层析成像[D]. 任健.哈尔滨工业大学 2014
[5]多基线层析SAR成像方法研究[D]. 陈钦.电子科技大学 2011
本文编号：3602976
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
InSAR技术原理示意图
电子科技大学硕士学位论文2干涉SAR技术，利用两幅或多幅SAR图像的干涉相位，经过去平地、相位滤波以及相位解缠后，利用目标高度与干涉相位之间的对应关系，反演出目标的高度信息，实现对目标的三维成像[9]，如图1-2所示。但是，对图像中所有相同的像素单元，通过干涉SAR技术得到的高度与像素单元内所有散射点的相位有关。因此，干涉SAR技术得到的三维成像结果不可以分辨出相同像素单元内的不同散射点的具体高度向分布，即对具有相同距离不同高度的目标不具备分辨能力。所以，干涉SAR技术只能用于表面高程测量[2,10-12]。图1-2InSAR技术原理示意图曲线SAR成像技术，通过SAR平台在距离-方位垂向平面上的曲线轨迹运动，能够全方位多角度获取观测场景的回波数据，然后对三维频率数据进行处理，得到三维成像结果[3]，其几何模型如图1-3(a)所示。该技术不仅能够获得具有三维分辨率的成像结果，而且它对目标的散射信息提取能力也更强，成像的精度更好。但是，为了保证成像结果的准确性和精确性，其飞行轨迹必须严格控制，而且要求在平台飞行过程中方位向和高度向的采样点足够密集，以保证三维频率采样点足够；同时，该技术还要求准确的雷达数据采样位置信息[13-17]。(a)(b)(c)图1-3三维成像技术几何模型。(a)曲线SAR技术；(b)线阵SAR技术；(c)层析SAR技术
准确的三维成像效果，线阵SAR往往需要足够多的阵列天线，以及良好的阵列设计[18-20]。层析SAR三维成像技术，如图1-3(c)，是干涉SAR成像技术的扩展，它在不同高度向上添加了多个基线，在高度向上形成了一个合成孔径，因此具有了高度向分辨能力，能够实现三维高分辨成像。因此，从这种角度看层析SAR又称为多基线层析SAR[21]。该技术通过不同视角下的多个航过对同一区域进行数据采集，对获取的二维SAR图像进行配准后，在高度向上进行孔径合成，最后通过谱分析等聚焦技术重构出高度向的散射分布，实现三维场景重建[3]，如图1-4所示。多基线层析SAR成像技术既能克服二维SAR成像技术处理中出现的叠掩、透视收缩和阴影问题，又解决了InSAR技术对高度向上的散射点缺乏分辨力的缺陷，真正意义上实现对目标的三维高精度成像[22-25]。图1-4多基线层析SAR三维成像原理示意图多基线层析SAR与干涉SAR的区别在于：干涉SAR技术是利用图像间的干涉相位反演目标高度，反演高程时需要解决相位缠绕问题[10]。而且，干涉SAR技术不具有高度向的分辨能力，其三维结果只是表面高度[26]。多基线层析SAR技术、曲线SAR技术以及阵列SAR技术都可以实现三维高分辨率成像，但仍存在不同。曲线SAR技术虽然能分辨相同距离不同高度向上的目标点，但是其在成像过程中要求雷达平台在观测场景上方沿着严格的曲线轨迹航行。而且，曲线SAR技术直接获取并处理目标区域产生的三维SAR回波数据，与传统的二维SAR回波数据处理相比，三维SAR回波数据存在耦合，这往往对技
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器学习的阵列层析SAR建筑物目标提取方法[J]. 秦斐,梁兴东,张福博,陈龙永,乔明,李焱磊,万阳良. 信号处理. 2019(02)
[2]基于快速阈值迭代的SAR层析成像处理方法[J]. 赵克祥,毕辉,张冰尘. 系统工程与电子技术. 2017(05)
[3]基于RIPless理论的层析SAR成像航迹分布优化方法[J]. 毕辉,张冰尘,洪文. 航空学报. 2016(02)
[4]基于正则化正交匹配追踪的SAR层析成像[J]. 闵锐,杨倩倩,皮亦鸣,曹宗杰. 电子测量与仪器学报. 2012(12)
[5]压缩感知理论及其研究进展[J]. 石光明,刘丹华,高大化,刘哲,林杰,王良君. 电子学报. 2009(05)
[6]长序列星载合成孔径雷达数据层析处理技术[J]. 王彦平,王斌,洪文,吴一戎. 测试技术学报. 2008(06)
博士论文
[1]线阵三维合成孔径雷达稀疏成像技术研究[D]. 韦顺军.电子科技大学 2013
[2]SAR层析与差分层析成像技术研究[D]. 孙希龙.国防科学技术大学 2012
[3]SAR层析三维成像技术研究[D]. 王金峰.电子科技大学 2010
[4]双基地SAR与线阵SAR原理及成像技术研究[D]. 师君.电子科技大学 2009
[5]多基线层析成像合成孔径雷达研究[D]. 柳祥乐.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2007
硕士论文
[1]基于矩阵完备理论的稀疏基线层析SAR成像[D]. 赵贝.南京邮电大学 2018
[2]输电铁塔的SAR层析算法研究[D]. 刘长李.电子科技大学 2018
[3]基于压缩感知的层析SAR成像方法研究[D]. 张志春.北京建筑大学 2017
[4]基于压缩感知的非均匀空间立体阵SAR三维层析成像[D]. 任健.哈尔滨工业大学 2014
[5]多基线层析SAR成像方法研究[D]. 陈钦.电子科技大学 2011
本文编号：3602976
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3602976.html
