本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)，尤其涉及一種面向疊掩與陰影抑制的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像波控優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、長(zhǎng)曲線場(chǎng)景是星載sar觀測(cè)的一類重要場(chǎng)景，如海岸線、鐵路、河流、地震斷層等。傳統(tǒng)星載sar成像模式的成像帶與衛(wèi)星航跡平行，對(duì)長(zhǎng)曲線場(chǎng)景成像往往通過多軌重訪、多成像帶拼接增加沿跡成像帶的總體寬度。星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像通過連續(xù)調(diào)整俯仰、方位波束指向生成與曲線場(chǎng)景相“匹配”的成像帶，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)曲線場(chǎng)景的高效率成像。

2、在sar圖像中，疊掩(layover)和陰影(shadow)是由斜視成像方式引起的幾何失真，特別是在地形起伏較大的地區(qū)，如山區(qū)或城市環(huán)境中。疊掩是由于地形坡度角大于雷達(dá)下視角，而造成坡頂比坡底的回波信號(hào)先到達(dá)雷達(dá)接收機(jī)，導(dǎo)致地面場(chǎng)景中處于不同高度的區(qū)域的回波疊加到到同一斜距分辨單元內(nèi)，從而引起地物失真，影響地形測(cè)繪和目標(biāo)識(shí)別；而陰影則是由于雷達(dá)波束的下視角較大，遇到陡峭山體或高大建筑物時(shí)，目標(biāo)的背向坡面無法被雷達(dá)波照射到，從而在該區(qū)域無法接收到回波，最終在sar圖像中形成黑色的“陰影”區(qū)域。

3、目前星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像沒有對(duì)疊掩與陰影區(qū)域的判定模型，缺乏對(duì)成像任務(wù)中疊掩與陰影區(qū)域的預(yù)估能力，無法保證數(shù)據(jù)獲取的質(zhì)量。為此，需根據(jù)星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像的幾何模型，開展研究面向疊掩與陰影抑制的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像波控優(yōu)化方法，基于實(shí)測(cè)dem數(shù)據(jù)，根據(jù)雷達(dá)視角及斜距的變化建立疊掩與陰影的判定模型，在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，通過優(yōu)化構(gòu)型初始斜視角，實(shí)現(xiàn)面向疊掩與陰影的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像波控優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種面向疊掩與陰影抑制的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像波控優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了面向疊掩與陰影抑制的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像波控優(yōu)化。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種面向疊掩與陰影抑制的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像波控優(yōu)化方法，具體步驟包括：

4、步驟一：在星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像幾何模型中，根據(jù)視角與斜距的變化，建立疊掩的判定模型，輸出疊掩區(qū)域坐標(biāo)及全場(chǎng)景疊掩率；

5、步驟二：在星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像幾何模型中，根據(jù)視角與斜距的變化，建立陰影的判定模型，輸出陰影區(qū)域坐標(biāo)及全場(chǎng)景陰影率；

6、步驟三：基于實(shí)測(cè)dem數(shù)據(jù)，在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，輸出最優(yōu)的構(gòu)型初始斜視角，使得疊掩率、陰影率和平均幅寬加權(quán)和最小。

7、進(jìn)一步的，步驟一的具體方法為：

8、根據(jù)星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像模型中出現(xiàn)疊掩現(xiàn)象時(shí)，入射角θ1與迎坡坡度γ1的幾何關(guān)系，得到疊掩區(qū)域出現(xiàn)的條件為：

9、180-γ1-θ1＜90????(1)

10、其中入射角θ1與下視角β1的關(guān)系為：

11、θ1＝90-β1????(2)

12、將式(2)代入式(1)即可得到疊掩區(qū)域出現(xiàn)的條件為：

13、β1＜γ1????(3)

14、由此提出本發(fā)明的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像疊掩區(qū)域判定算法，共分為以下六個(gè)步驟：

15、(1)輸入衛(wèi)星飛行位置序列、波束中心照射軌跡序列、距離向波束寬度；

16、(2)在當(dāng)前方位時(shí)刻，在零多普勒面內(nèi)且在距離向波束寬度的范圍內(nèi)，等角度間隔地采樣，得到n個(gè)波束指向，分別尋找每個(gè)波束指向上與地面的第一個(gè)交點(diǎn)，得到n個(gè)波束指向矢量；

17、(3)在零多普勒面內(nèi)且在距離向波束寬度的范圍內(nèi)，繞衛(wèi)星位置旋轉(zhuǎn)當(dāng)前波束指向矢量，若旋轉(zhuǎn)后的任一波束指向矢量末端點(diǎn)的高程小于dem數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)經(jīng)緯度點(diǎn)的高程，則判定產(chǎn)生了疊掩現(xiàn)象，記錄旋轉(zhuǎn)前的當(dāng)前波束指向矢量的末端點(diǎn)經(jīng)緯度，即為產(chǎn)生疊掩的坐標(biāo)點(diǎn)；

18、(4)重復(fù)步驟(3)，直至遍歷當(dāng)前方位時(shí)刻所有波束指向矢量；

19、(5)重復(fù)步驟(2)、(3)，直至遍歷所有方位時(shí)刻，產(chǎn)生疊掩的點(diǎn)的個(gè)數(shù)與所有采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的比值即為疊掩率；

20、(6)輸出所有產(chǎn)生疊掩現(xiàn)象的點(diǎn)的經(jīng)緯度、全場(chǎng)景疊掩率。

21、進(jìn)一步的，步驟二的具體方法為：

22、根據(jù)星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像模型中出現(xiàn)陰影現(xiàn)象時(shí)，入射角θ2與背坡坡度γ2的幾何關(guān)系，得到陰影現(xiàn)象出現(xiàn)的條件為：

23、θ2＜γ2????(4)

24、由此提出本發(fā)明的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像陰影區(qū)域判定算法，共分為以下六個(gè)步驟：

25、(1)輸入衛(wèi)星飛行位置序列、波束中心照射軌跡序列、距離向波束寬度；

26、(2)在當(dāng)前方位時(shí)刻，在零多普勒面內(nèi)且在距離向波束寬度的范圍內(nèi)，等角度間隔地采樣，得到n個(gè)波束指向，分別尋找每個(gè)波束指向上與地面的第一個(gè)交點(diǎn)，得到n個(gè)波束指向矢量；

27、(3)在當(dāng)前波束指向上，等間隔地延長(zhǎng)該波束指向矢量至原長(zhǎng)度的百分之二，若延長(zhǎng)后波束指向矢量末端點(diǎn)的高程大于dem數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)經(jīng)緯度點(diǎn)的高程，則判定產(chǎn)生了陰影現(xiàn)象，記錄延長(zhǎng)后的當(dāng)前波束指向矢量的末端點(diǎn)經(jīng)緯度，即為產(chǎn)生陰影的坐標(biāo)點(diǎn)；

28、(4)重復(fù)步驟(3)，直至遍歷當(dāng)前方位時(shí)刻所有波束指向矢量；

29、(5)重復(fù)步驟(2)、(3)，直至遍歷所有方位時(shí)刻，產(chǎn)生陰影的點(diǎn)的個(gè)數(shù)與所有采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的比值即為陰影率；

30、(6)輸出所有陰影點(diǎn)位的經(jīng)緯度、全場(chǎng)景陰影率。

31、進(jìn)一步的，步驟三的具體方法為：

32、在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，以構(gòu)型初始斜視角作為優(yōu)化變量，利用星載sar非沿跡多目標(biāo)成像星地構(gòu)型聯(lián)合設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法完成波控設(shè)計(jì)，將輸出的衛(wèi)星飛行位置序列、波束中心照射軌跡序列等，作為本專利所提方法的輸入，基于實(shí)測(cè)dem數(shù)據(jù)，代入步驟一、二中所述算法進(jìn)行測(cè)算，將所得的全場(chǎng)景疊掩、陰影率與平均幅寬進(jìn)行加權(quán)求和，當(dāng)所得的和最小時(shí)，該初始斜視角即為最優(yōu)的構(gòu)型初始斜視角，如下式所示：

33、

34、其中φi為構(gòu)型初始斜視角，cost_ilayover、cost_ishadow、wr分別表示對(duì)應(yīng)的疊掩率、陰影率和平均幅寬，α為懲罰項(xiàng)系數(shù)。

35、有益效果：

36、1、本發(fā)明解決了現(xiàn)有的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像沒有對(duì)疊掩與陰影區(qū)域預(yù)估能力、無法對(duì)成像任務(wù)中疊掩與陰影進(jìn)行抑制的問題，在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，通過優(yōu)化成像初始斜視角，實(shí)現(xiàn)面向疊掩與陰影抑制的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像波控優(yōu)化。

37、2、本發(fā)明的步驟一、二中，根據(jù)星載sar成像模型中斜距與視角等幾何關(guān)系的變化，分別建立了全場(chǎng)景疊掩率與陰影率的測(cè)算模型，結(jié)合實(shí)測(cè)dem數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)成像任務(wù)中疊掩與陰影的校準(zhǔn)預(yù)估。

38、3、本發(fā)明的步驟三中，在指定斜視范圍和保證成像帶幅寬的要求下，優(yōu)化初始斜視角，使得疊掩率、陰影率與平均幅寬的加權(quán)和最小，從而實(shí)現(xiàn)面向疊掩與陰影抑制的星載sar場(chǎng)景匹配曲線成像波控優(yōu)化。