一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量的方法
2024-01-25 07:28:15
一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量的方法
【專利摘要】本發明涉及一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量的方法，其包括以下步驟：1)根據參數解算方法從雷達原始數據中提取成像有關的參數，其具體包括有效速度、前向加速度和方位向的位移、原始數據的實部和虛部順序以及原始數據的Chirp調頻率；2)根據提取的成像有關的參數，採用傳統距離都卜勒或Chirp?Scaling聚焦方法對兩幅有重疊的雷達原始數據分別成像，生成聚焦後的單視複數圖像；3)採用幹涉測量方法將步驟2)中得到的單視複數圖像生成數字高程圖，完成測量。本發明僅需使用從雷達原始數據提取的參數即可進行聚焦和幹涉測量，並達到幹涉測量的精度要求。本發明可以廣泛應在雷達信號處理領域中應用。
【專利說明】一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種雷達信號處理方法，特別是關於一種從雷達原始數據中提取運動 參數做幹涉測量的方法。
【背景技術】
[0002] 目前已有的幹涉測量方法大多需要首先使用精確的衛星或航空飛行器的軌道數 據來成像和運動補償，而有些情況下限於成本、敏感性、出國政策，很多發展中國家或用戶 不能安裝和使用高精度的GPS和INS設備來記錄軌道數據（Cumming and Li，2007 ;Kong et al.，2005 ;Wu et al，2013 ;Cao et al.，2010)。這使得雷達成像的應用僅能夠在附帶有高 精度的GPS和INS設備的雷達數據中開展，或從原始數據中提取一些參數，如飛行速度、近 距離和天線斜角（Madsen, 1989 ;Cumming and Li, 2007 ;Kong et al·，2005 ;Samczynski and Kulpa，2010)。一些學者已經驗證了從原始數據提取的參數的精度，然而，至今還鮮有學者 研究從原始數據中提取的參數能否應用於幹涉測量以及將從原始數據中提取的參數應用 於幹涉測量的精度。
【發明內容】
[0003] 針對上述問題，本發明的目的是提供一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉 測量的方法，其不需要使用精確的軌道數據，而僅需使用從雷達原始數據提取的參數即可 進行聚焦和幹涉測量，並達到幹涉測量的精度要求（差分幹涉的精度通常為釐米級）。
[0004] 為實現上述目的，本發明採取以下技術方案：一種從雷達原始數據中提取運動參 數做幹涉測量的方法，其包括以下步驟：1)根據參數解算方法從雷達原始數據中提取成像 有關的參數，其具體包括有效速度、前向加速度和方位向的位移、原始數據的實部和虛部順 序以及原始數據的Chirp調頻率；2)根據提取的成像有關的參數，採用傳統距離都卜勒或 Chirp Scaling聚焦方法對兩幅有重疊的雷達原始數據分別成像，生成聚焦後的單視複數 圖像；3)採用幹涉測量方法將步驟2)中得到的單視複數圖像生成數字高程圖，完成測量。
[0005] 所述步驟1)中，所述參數解算包括以下步驟：⑴將原始數據進行距離傅立葉變 換；（2)將步驟（1)中距離傅立葉變換的結果數據與距離匹配濾波器進行卷積運算；（3)將 步驟（2)中卷積運算的結果進行距離傅立葉逆變換，完成距離向壓縮；(4)將步驟（3)中 經過距離向壓縮後的結果進行方位傅立葉變換；（5)將經過方位傅立葉變換的結果數據與 方位匹配濾波器進行卷積運算，根據卷積運算結果分別執行步驟（6)和步驟（9) ; (6)將步 驟（5)中的卷積運算的結果進行方位傅立葉逆變換，完成方位向壓縮，得到單視複數圖像； (7)根據單視複數圖像確定原始數據的實部和虛部的順序；(8)根據原始數據的實部和虛 部順序確定原始數據的信號調頻率正負號；(9)將步驟（5)中的卷積運算結果，採用符號多 普勒估計算法估計出都卜勒中心；使用改進的圖像漂移算法，調整方位匹配濾波器的值，提 取出都卜勒調頻率；（10)基於步驟（9)提取出的都卜勒中心和都卜勒調頻率，計算出飛行 器平均速度v為：
【權利要求】
1. 一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量的方法，其包括以下步驟： 1) 根據參數解算方法從雷達原始數據中提取成像有關的參數，其具體包括有效速度、 前向加速度和方位向的位移、原始數據的實部和虛部順序以及原始數據的Chirp調頻率； 2) 根據提取的成像有關的參數，採用傳統距離都卜勒或Chirp Scaling聚焦方法對兩 幅有重疊的雷達原始數據分別成像，生成聚焦後的單視複數圖像； 3) 採用幹涉測量方法將步驟2)中得到的單視複數圖像生成數字高程圖，完成測量。
2. 如權利要求1所述的一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量的方法，其特 徵在於：所述步驟1)中，所述參數解算包括以下步驟： (1) 將原始數據進行距離傅立葉變換； (2) 將步驟（1)中距離傅立葉變換的結果數據與距離匹配濾波器進行卷積運算； (3) 將步驟（2)中卷積運算的結果進行距離傅立葉逆變換，完成距離向壓縮； (4) 將步驟（3)中經過距離向壓縮後的結果進行方位傅立葉變換； (5) 將經過方位傅立葉變換的結果數據與方位匹配濾波器進行卷積運算，根據卷積運 算結果分別執行步驟（6)和步驟（9); (6) 將步驟（5)中的卷積運算的結果進行方位傅立葉逆變換，完成方位向壓縮，得到單 視複數圖像； (7) 根據單視複數圖像確定原始數據的實部和虛部的順序； (8) 根據原始數據的實部和虛部順序確定原始數據的信號調頻率正負號； (9) 將步驟（5)中的卷積運算結果，採用符號都卜勒估計算法估計出都卜勒中心；使用 改進的圖像漂移算法，調整方位匹配濾波器的值，提取出都卜勒調頻率； (10) 基於步驟（9)提取出的都卜勒中心和都卜勒調頻率，計算出飛行器平均速度v 為：
若使用公式（1)和（2)對原始數據聚焦，可獲得比較清晰的圖像；那麼，實部和虛部的 順序是正常的，即實部在虛部之前； 若使用公式（3)和（4)對原始數據聚焦，可獲得比較清晰的圖像；那麼，實部和虛部的 順序是不正常的，即實部在虛部之後。
4. 如權利要求3所述的一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量的方法，其特 徵在於：所述步驟（8)中，根據方位匹配濾波器的調頻率必須為負值，方位向匹配濾波器只 有公式（2)是正確的，因此，確定原始數據的信號調頻率正負號規則如下： 若使用公式（1)和（2)對原始數據聚焦，可獲得比較清晰的圖像；那麼，原始數據的信 號調頻率一定是匕； 若使用公式（3)和（4)對原始數據聚焦，可獲得比較清晰的圖像；那麼，原始數據的信 號調頻率一定是-
5. 如權利要求2或3或4所述的一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量的方 法，其特徵在於：所述步驟（11)中，飛行器前向加速度和方位向的位移的分離方法如下：
最後，求出前向加速度和方位向的位移：前向加速度為前向瞬時速度的一次倒數，方位 向的位移為方位向加速度的一次積分。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種從雷達原始數據中提取運動參數做幹涉測量 的方法，其特徵在於：所述步驟3)中，採用幹涉測量方法生成數字高程圖包括以下步驟： (1) 假定雷達原始數據一和雷達原始數據二有重疊，並設定一個初始基線值，對雷達原 始數據一和雷達原始數據二分別成像，生成聚焦後的單視複數圖像一和單視複數圖像二； (2) 將單視複數圖像一和單視複數圖像二進行圖像互相匹配實現圖像粗匹配，生成幹 涉圖，並將幹涉圖進行基線估計，估計出一個較為精確的基線，實現對圖像的精匹配； (3) 精匹配後的圖像再生成幹涉圖，並經過消除平地效應、相位解纏、高程計算和地理 編碼後，生成數字高程圖。
【文檔編號】G01S13/89GK104062655SQ201410303010
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】王東亮 申請人:中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所