[发明专利]基于极化数据融合的极化干涉合成孔径雷达三维成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达系统的极化干涉合成孔径雷达相位增强和三维成像方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，以下用SAR表示)是一种全天候、全天时、高分辨率雷达，通过距离向上对大时间带宽积的线性调频信号进行脉冲压缩和方位向的回波信号相干积累获得二维高分辨率的图像。

当飞行高度为H的雷达平台沿着直线飞行时，朝飞行方向的正侧方发射波束，如附图1所示，波束主瓣在地面覆盖一定面积，随着平台的运动，就会形成一条测绘带，定义雷达平台飞行的方向为方位向，与之垂直的方向为距离向，将雷达天线到测绘带内任意点目标C的距离称为斜距，其中，在雷达照射期间，天线到C点的最短距离称为该目标的最短斜距。雷达对点目标C的观测，如附图2所示，在某个时刻T₀，雷达波束在方位向上覆盖B～C的范围，此时点目标C刚刚进入波束；经过一段时间T_s后，波束在方位向上覆盖C～D段，C点刚刚脱离波束照射，雷达平台在T_s时间内走过的距离为L_s称为一个合成孔径长度，将T_s称为一个合成孔径时间，在此时间内，点目标C一直处于雷达波束照射下，点目标与雷达位置的几何关系，如附图3所示，其中，定义β为仰角，θ为斜视角。

雷达向地面发射脉冲，在一定时间延迟后，接收到地面场景内不同散射点反射的回波，经过距离向离散采样，积累多次回波得到数据阵列，如附图4所示，平行于距离向的数据代表一条距离线，平行于方位向的数据代表一条方位线，其中，距离向采样率对应的采样间隔构成的平行方位向的单元称为距离单元。在雷达平台直线运动过程中，同一目标到天线的斜距不断变化，如附图5所示，导致了回波的瞬时频率成线性调频特性，使SAR能够获得方位向的高分辨率。由于方位向和距离向的信号均为线性调频信号，对SAR信号成像的过程就是实现方位向和距离向二维脉冲压缩的过程。

SAR成像系统，与其它成像系统如光学成像系统相比较，具有以下优点：

(1)SAR采用主动式微波成像，具有全天候、全天时成像的特点；

(2)选择合适波长，利用微波的穿透性，可以对被植被、沙漠、极冰或浅水覆盖的地域甚至地表下目标成像；

(3)SAR的分辨率与雷达工作波长、平台飞行高度、雷达作用距离无关，在太空或高空都能有效工作；

(4)合成孔径雷达作用距离远，测绘带宽；

(5)可以实现对地物进行多参数、多频段、多极化和多视角测绘。

目前，SAR系统已广泛应用于资源勘探、战场侦察、环境保护、灾情检测、水文地质等国防和国民经济的重要领域，并在国民经济发展和军事领域中发挥着越来越重要的作用。

常规SAR采用单通道对场景大面积静止目标的成像，只能获取二维图像，不能得到目标的三维信息，为此，发展了干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic ApertureRadar，以下用InSAR表示)。InSAR在常规SAR基础上添加了一个SAR数据获取渠道，使得对地面同一场景的两次观测存在着一个视角差异，通过提取复数据的相位信息为信息源，获取地表的三维信息和变化信息。InSAR通过两副天线同时观测或两次近似平行观测获取地面同一景观的复图像对。由于目标与天线位置的几何关系，在复图像上产生了相位差，形成了干涉相位纹图。干涉相位纹图中包含了斜距向上的点与两天线位置之差的精确信息。因此，利用传感器高度、雷达波长、视距视向以及天线基线之间的几何关系，可以精确的测量出图像上每一点的三维位置和变化信息，从而获得观测地区的三维图像。目前，InSAR已经广泛应用于地形测量、地球动力学应用、冰川研究、森林调查与制图、海洋测绘等方面。