[發明專利]顧及波數域Delaunay子塊的壓縮感知下視陣列SAR誤差補償算法有效
| 申請號: | 202010147873.0 | 申請日: | 2020-03-05 |
| 公開(公告)號: | CN111323777B | 公開(公告)日: | 2023-06-27 |
| 發明(設計)人: | 劉輝;何向東;趙向鋒;高承恩;華耀沛;李偉;趙巧麗;李葛爽 | 申請(專利權)人: | 華北水利水電大學 |
| 主分類號: | G01S13/90 | 分類號: | G01S13/90;G01S13/86;G01S7/41 |
| 代理公司: | 鄭州智多謀知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41170 | 代理人: | 徐媛媛 |
| 地址: | 450000 河*** | 國省代碼: | 河南;41 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 顧及 波數域 delaunay 壓縮 感知 陣列 sar 誤差 補償 算法 | ||
1.一種顧及波數域Delaunay子塊的壓縮感知下視陣列SAR誤差補償算法,其特征在于,主要步驟如下:
步驟R1、以橫滾角為例,引入POS獲得的真實數據,構建MIMO下視陣列SAR橫滾角分量誤差模型;
步驟R2、根據目標散射強弱依次確定主散射目標區,通過閾值選擇精確構建波數域Delaunay三角網區域子塊后再做子孔徑補償,最后再用壓縮感知算法稀疏重構三維場景,從而反向指導對POS系統的要求;
引入POS(Position??Orientation?System,定位定向系統)真實數據,POS中的IMU(Inertial?Measurement?Unit,慣性測量單元)系統獲得的俯仰角、偏航角、橫滾角是參考坐標系即IMU坐標系相對于北東地坐標系的旋轉角;因此,可假設航跡向X軸為北方向,機翼Y軸指向東西方向,滿足右手坐標系的高程向Z軸指向飛機正下方;北東地坐標系先繞Z軸順時針旋轉偏航角κ,再繞已經轉了κ角的Yκ軸順時針旋轉俯仰角ω,最后繞已經轉了κ角和ω角的Xκω軸順時針旋轉橫滾角α,即可得到平臺飛行時刻的參考坐標系,平臺沿航跡軸向發生旋轉α角,記理想的EPC(Equivalent?Phase?Center,等效相位中心)坐標即北東地坐標系下的坐標為(x,yn,0);帶有橫滾角誤差的EPC坐標即IMU坐標系下的坐標為(x',y',z');目標點P的坐標為(x0,y0,z0),
旋轉α角后,旋轉前后EPC坐標有如下關系
理想情況下,EPC到目標點的距離R為
存在α橫滾角誤差時,EPC到目標點的距離為
則由橫滾角誤差引起的距離誤差ΔR為
式(4)中
A=2y0yn(cosα-1)+2z0ynsinα?(5)
將式(5)代入式(4)可得
由式(6)可知,距離誤差ΔR受目標坐標y0和z0的空變影響,經解調和匹配濾波后,回波Echo(t,x,yn)如式(7)所示:
式中,sinc為sinc函數,Ψ為回波相位誤差;
為了消除距離誤差ΔR的空變影響,將式(7)中的相位分別對x和yn求偏導,得到航跡向波數kx和跨航向波數ky
聯立式(8)、式(9)和式(3)
根據菲涅爾近似,并忽略陣元長度小值,可得
將式(11)代入式(10)可得
將式(11)和式(12)代入式(6)可得
由式(13)可知,距離誤差ΔR與目標位置無關,可分為與波數無關的ΔR1和與波數相關ΔR2兩部分,前者可在回波的三維空域中直接補償;后者可在二維波數域中分塊計算;
在所述步驟R2中,通過閾值選擇精確構建波數域Delaunay三角網區域后再補償,主要步驟包括:
步驟1,由ΔR1構造濾波器Hα1,分別對正反編碼原始回波進行一次補償
步驟2,將補償完ΔR1的回波做初步距離壓縮,根據壓縮后數據中圖像強度選擇主散射目標距離單元;
步驟3,根據所選的主散射目標距離單元估計目標主瓣寬度;
步驟4,根據目標主瓣寬度并采用分水嶺算法分割出主散射目標區域;
步驟5,再利用補償完ΔR1的回波數據做航跡向和跨航向傅里葉變換,變換到該二維波數域,根據分割出的主散射目標區域,通過閾值選擇精確構建波數域Delaunay三角網區域,每個子塊用中心波數kx-ic和ky-jc代替kx和ky,i,j為子塊標記,計算距離誤差ΔR2-ij為
步驟6,將每個子塊補零并擴展到原尺寸后,再做航跡向和跨航向傅里葉逆變換,以及距離向傅里葉變換,得到航跡向和跨航向二維空域,距離向波數域回波,
式中,kr為距離向波數,krc為中心波數,Br為帶寬,
將公式(16)乘以濾波器Hα2來補償ΔR2-ij引起的相位誤差
步驟7,再做距離向傅里葉逆變換,轉換到三維空域,把每個子塊補償的數據直接相加,得到最終回波;
步驟8,采用差分與稀疏貝葉斯正則化協同處理算法獲得高精度三維成像結果。
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