一种针对导航卫星干涉SAR的虚假PS点消除方法

一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法
技术领域
1.本发明涉及一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，属于双基地合成孔径雷达技术领域，具体涉及一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，ps为永久散射体点。

背景技术：

2.基于导航卫星系统的干涉双基地合成孔径雷达(gnss-inbsar)是一种以导航卫星作为外辐射源，在地面或近地面布置接收机以接收目标场景回波的双基地sar系统，具有重轨时间短、覆盖范围广、可实现时空连续监测、成本低等突出优势。
3.然而，由于该系统使用喇叭天线接收回波信号，与此同时直达波信号也会进入回波天线的背瓣。而且该信号并不经场景反射，强度要高于场景回波强度，此外直达波信号为c/a码，其脉压后结果为三角波，副瓣不呈滚降趋势。因此，在回波成像结果中会出现由直达波副瓣干扰产生的虚假ps点，影响对ps点的选择与后续形变反演处理精度。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，该方法主要通过构建直达波干扰提取模型，通过参数估计的方式对图像中直达波干扰的幅度与相位进行估计，从而实现虚假ps点的消除，该方法首先根据系统构型，对直达波响应区域进行提取，再对直达波响应进行幅度与相位的估计，最后利用估计得到的参数将直达波与回波图像中的干扰区域进行加权对消，当该区域能量最小时表明图像中虚假ps点消除完毕。
5.本发明通过以下技术方案实现。
6.一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，该方法的步骤包括：
7.步骤一、基于双基地sar的系统构型，对回波图像与直达波图像中的直达波响应区域进行自适应提取，得到回波图像的直达波响应和直达波图像的直达波响应；
8.步骤二、根据步骤一提取的直达波图像的直达波响应的幅度值估计步骤一提取的回波图像的直达波响应的幅度值，同时根据步骤一提取的直达波图像的直达波响应的相位值估计步骤一提取的回波图像的直达波响应的相位值；
9.步骤三、利用步骤二中估计得到的回波图像的直达波响应的幅度值和相位值，对回波图像中由于直达波干扰产生的虚假ps点进行对消，完成针对导航卫星干涉sar的虚假ps点的消除。
10.所述步骤一中，利用双基地sar的系统构型，根据直达波的位置对直达波响应进行提取；
11.所述步骤二中，针对提取到的直达波响应区域，采用区域能量最小化的准则，对直达波干扰的幅度和相位进行参数估计；
12.所述步骤三中，利用估计到的幅度值和相位值对直达波响应加权，将加权后的直达波响应与回波图像中的直达波干扰进行对消，去除图像中的虚假ps点。
13.有益效果
14.(1)本发明解决了gnss-inbsar系统中，由于直达波副瓣产生的虚假ps点干扰问题，提升了ps点选择的准确性，为后续高精度形变量的获取提供了前提，对gnss-inbsar系统的实际应用有着重要作用。
15.(2)本发明公开了一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点去除方法。首先基于双基地sar的系统构型，利用直达波的模糊函数自适应地提取直达波响应所在区域；然后，以区域能量最小化为原则，对该区域上的直达波响应进行幅度与相位的估计，最后利用估计得到的一组幅度与相位，对直达波响应进行加权，与回波图像中的直达波干扰进行对消，将sar回波图像中因直达波副瓣干扰产生的虚假ps点消除。
16.(3)本发明解决了sar图像中的虚假ps点影响图像质量的问题，提升了ps点选择的准确性，为后续高精度形变量的获取提供了前提，对gnss-inbsar系统的实际应用有着重要作用。
附图说明
17.图1为本发明所用导航卫星干涉sar的系统框图；
18.图2为sar图像与场景光学图像的对照图。
19.图3为虚假ps点消除流程图；
20.图4为直达波区域提取图像；
21.图5为虚假ps点消除后的sar图像；
22.图6为虚假ps点消除前后的能量对比图。
具体实施方式
23.下面对本发明作进一步详细说明。
24.图1为本具体实施方式所用导航卫星干涉sar系统的构型示意图，具体为：导航卫星干涉sar系统采用东北天坐标系，发射机为北斗igso和meo卫星，其俯仰角定义为与水平面的夹角，向上为正，方位角θ定义为与正东方向的夹角，逆时针为正，接收机静止不动，放置在系统原点位置，接收机共有两路天线，分别接收回波信号和直达波信号。
25.在实际成像中，图像有时会存在条状的虚假ps点，如图2矩形区域所示。进一步分析发现，该目标的出现是因为直达波信号从回波天线的背瓣方向图中进入到回波信号中。由于直达波远端旁瓣强度基本在一个水平上，并且要高于目标的散射回波强度。因此，直达波副瓣的干扰会明显地体现在图像中，形成一系列虚假的ps点，影响图像质量，严重干扰ps点的选择，需要加以去除。
26.基于此，本发明针对gnss-inbsar系统成像结果中存在的虚假ps点问题，提出了一种消除图像中虚假ps点的方法：对直达波干扰区域进行自适应提取，并对其幅度与相位进行参数估计，以区域能量最小为准则进行对消处理，实现图像虚假ps点的消除。
27.如图3所示，一种消除图像中虚假ps点的方法，步骤为：
28.步骤一、基于双基地sar构型提取直达波响应所在区域。
29.gnss-inbsar系统采用双基地构型，分辨率相比单基地sar系统有一定的不同，回波天线置于原点，因此直达波响应位置已知，为p(xd,yd)。因此，直达波的模糊函数表示为：
[0030][0031]
其中，q是目标点p邻近的目标向量。λ表示载波波长，c是光速。φ
tp
、φ
rp
分别为发射机、接收机到目标点p的单位向量。β是双基地角，即φ
tp
和φ
rp
之间的夹角，θ是β角平分线方向的单位向量。ωe是发射机等效角速度，ξ是其等效运动方向。p(～),m(～)分别为距离向和方位向的自相关函数。
[0032]
根据式(1)，可以计算出直达波的模糊函数，进而对直达波响应区域sd进行自适应提取：
[0033]
sd＝χ(pd(xd,yd),q)
ꢀꢀ
(2)
[0034]
其中，pd(xd,yd)表示直达波图像中直达波响应的位置。
[0035]
本实施例以beidou2_igso5卫星在2021年7月2日的成像结果为例，根据式(2)，对直达波成像中的直达波响应区域进行自适应提取，结果如图4所示。
[0036]
使用上述方法，将回波图像中的直达波干扰区域se进行提取：
[0037]
se＝χ(pe(xd,yd),q)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0038]
其中，pe(xd,yd)表示回波图像中直达波响应的位置。
[0039]
步骤二、估计回波图像中直达波干扰的幅度与相位。
[0040]
在回波成像中，直达波干扰与直达波的模糊函数存在以下关系：
[0041][0042]
其中，ad表示直达波干扰的幅度，表示其相位。这两个参数均为未知量，而且受各类误差影响，无法通过计算精确获得。因此，可以通过最小化图像的残余能量的方式，得到两个参数的估计量，即：
[0043][0044]
其中，和分别表示幅度与相位的估计量。
[0045]
步骤三、虚假ps点对消。
[0046]
利用步骤二中得到的直达波干扰幅度与相位的估计量，对直达波响应sd进行加权，再将之与直达波干扰se进行对消，即：
[0047][0048]
最后，对s
clean
进行辐射校正，得到至此，就得到了去除虚假ps点之后的双基地sar图像。
[0049]
本实施例中，对图4的直达波响应进行幅度与相位的估计，经过加权对消后得到去除虚假ps点的图像如图5所示。经过统计，图像中由直达波副瓣干扰产生的虚假ps点个数由9个降低为0个，而且场景中的有效ps点并未受遇到影响。
[0050]
图6为该区域在虚假ps点对消前后的能量变化，从图6可以直观看出直达波副瓣的影响被显著抑制，该区域的能量在虚假ps点消除后平均降低了10db左右，达到了场景噪声的平均水平，说明在双基地sar回波图像中，因直达波副瓣干扰产生的虚假ps点被完全去除，图像质量得到了有效提升，对ps点的准确选择以及高精度形变量的获取有着至关重要的作用。
[0051]
综上，本发明提出一种sar图像中虚假ps点的消除方法，来去除因回波天线背瓣接收直达波信号产生的虚假ps点，为ps点的准确选择提供保障，为实现高精度形变反演奠定基础。
[0052]
以上的具体实施例仅描述了本发明的设计原理，该描述中的部件形状，名称可以不同，不受限制。所以，本发明领域的技术人员可以对前述实施例记载的技术方案进行修改或等同替换；而这些修改和替换未脱离本发明创造宗旨和技术方案，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，其特征在于该方法的步骤包括：步骤一、基于双基地sar的系统构型，提取回波图像中的直达波响应区域得到回波图像的直达波响应；步骤二、基于双基地sar的系统构型，提取直达波图像中的直达波响应区域得到直达波图像的直达波响应；步骤三、根据步骤二提取的直达波图像的直达波响应的幅度值估计步骤一提取的回波图像的直达波响应的幅度值，得到回波图像的直达波响应的幅度估计值；步骤四、根据步骤二提取的直达波图像的直达波响应的相位值估计步骤一提取的回波图像的直达波响应的相位值，得到回波图像的直达波响应的相位估计值；步骤五、利用步骤三得到的回波图像的直达波响应的幅度估计值和步骤四得到的回波图像的直达波响应的相位估计值，对回波图像中由于直达波干扰产生的虚假ps点进行对消，完成针对导航卫星干涉sar的虚假ps点的消除。2.根据权利要求1所述的一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，其特征在于：所述的步骤一中，利用双基地sar的系统构型，根据直达波的位置提取直达波图像中的直达波响应区域。3.根据权利要求1或2所述的一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，其特征在于：所述的步骤二中，利用双基地sar的系统构型，根据直达波的位置提取回波波图像中的直达波响应区域。4.根据权利要求1所述的一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，其特征在于：所述步骤三中，采用区域能量最小化的准则，根据直达波图像的直达波响应的幅度值估计回波图像的直达波响应的幅度值。5.根据权利要求4所述的一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，其特征在于：所述步骤四中，采用区域能量最小化的准则，根据直达波图像的直达波响应的相位值估计回波图像的直达波响应的相位值。6.根据权利要求4或5所述的一种针对导航卫星干涉sar的虚假ps点消除方法，其特征在于：所述步骤五中，利用回波图像的直达波响应的幅度估计值和回波图像的直达波响应的相位估计值，对回波图像中由于直达波干扰产生的虚假ps点进行对消时，利用幅度估计值和相位估计值对直达波响应加权，将加权后的直达波响应与回波图像中的直达波干扰进行对消。

技术总结

本发明涉及一种针对导航卫星干涉SAR的虚假PS点消除方法，属于双基地合成孔径雷达技术领域。首先基于双基地SAR的系统构型，利用直达波的模糊函数自适应地提取直达波响应所在区域；然后，以区域能量最小化为原则，对该区域上的直达波响应进行幅度与相位的估计，最后利用估计得到的一组幅度与相位，对直达波响应进行加权，与回波图像中的直达波干扰进行对消，将SAR回波图像中因直达波副瓣干扰产生的虚假PS点消除。该发明解决了SAR图像中的虚假PS点影响图像质量的问题，提升了PS点选择的准确性，为后续高精度形变量的获取提供了前提，对GNSS-InBSAR系统的实际应用有着重要作用。InBSAR系统的实际应用有着重要作用。InBSAR系统的实际应用有着重要作用。