一种基于多角度观测的GEOSAR三维重建方法

本发明涉及一种基于多角度观测的geo sar三维重建方法，属于合成孔径雷达。

背景技术：

1、地球同步轨道合成孔径雷达(geo sar)是一种搭载在卫星上的对地进行高分辨成像的雷达系统，运行于地球同步轨道，具有轨道高度高，成像条带宽、不受气象条件限制等优点，目前，geo sar展现巨大的潜力，可以广泛应用于地质监测等领域，相应的观测任务难度不断提高，这些应用要求geo sar对目标信息获取更加全面和精确，从而对geo sar卫星系统提出了更为苛刻的要求。

2、目前，sar成像技术已经能够将空间内三维分布的目标投影到二维平面上，以实现对目标的二维成像，但这样也会导致三维空间内某一维度(通常是高度)信息的失真和缺失。在传统的方法中，通过不同方位角下的二维图像几何图在理论上可以求得目标的高度信息，但考虑到目前的geo sar系统预期的分辨率通常为几十米，这样的低分辨率使得计算得到目标高度维坐标并不是准确的，同样也将不可避免地导致严重的sar三维成像场景重建的误差，甚至导致重建失败。目前，仍没有一种好的方式能够实现高精度的geo sar三维目标的重建方法。

技术实现思路

1、针对这一问题，本发明提出供了一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，能够在保证精度的同时有效重建目标的三维图像。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，该方法步骤包括：

4、步骤一、获取目标在不同观测角度下的sar二维成像结果；

5、步骤二、对步骤一获取的sar二维成像结果进行目标区域提取，获取图像中包含目标信息的区域；

6、步骤三、根据步骤二中获取的图像中含目标信息的区域的位置获取目标的空间位置信息，并生成含目标区域的三维网格；

7、步骤四、计算步骤三中生成的含目标区域的三维网格中各网格点在不同观测角度的前向投影点位置，并获取对应的投影点像素，若获取的所有的投影点像素的幅度均高于设定的阈值，则判定网格点上存在目标，若获取的任一投影点像素的幅度不高于设定的阈值，则判定没有目标。

8、所述的步骤一中，获取目标在不同观测角度下的sar二维成像结果的方法为：雷达在运动的过程中不断向目标发射脉冲信号，并接收反射的目标回波信号，在对每一部分的回波信号进行成像处理后，得到目标在不同观测角度下的sar二维成像结果；

9、所述的步骤二中，获取图像中包含目标信息的区域的方法为：三维目标往往只分布在sar图像里相当少的像素中，并且包含目标信息的像素点通常与背景相比具有较大的幅度，因此，采用cfar等目标检测方法来提取目标信息的区域；

10、所述的步骤三中，通过图像中含目标区域的位置获取目标空间位置信息，并生成包含目标信息的三维网格时，网格的大小不小于目标的大小，大小的确定通过对二维图像进行估计来实现，网格间隔不大于成像分辨率；

11、所述的步骤四中，对于每个网格点，利用式(1)计算前向投影点的位置，并获得每个观测角度上对应的像素，网格点中是否存在目标点通过以下标准来确定：如果投影点像素的幅度高于每个观测角度上的设定阈值，则网格点上存在目标，否则网格点上没有目标，其中设定阈值根据三维重建结果的视觉性能确定，阈值设置越低，三维点云越密集，这可能会使三维重建结果一团糟，然而设置过高的阈值可能导致三维点云中的有效点很少，通常阈值选择为多观测角度图像中最大像素点的1％～10％，在遍历所有网格点后，即可获得目标的三维重建结果。

12、所述的式(1)为：

13、

14、其中，在方位角1和方位角2下建立ox1y1z和ox2y2z场景的坐标系，o是geo sar照射场景的中心点，y1轴和y2轴分别与geo sar平台对应时刻的速度方向和平行，在合成孔径时间的中心位置，z轴始终垂直于雷达的照射场景，x1轴和x2轴由右手定则决定，和分别是geo sar平台在零多普勒时刻的位置矢量，tp是高度为hp的目标，p1和p2是在不同方位角下的geo sar成像结果，i为观测角度。

15、本发明的有益效果：

16、本发明提出一种利用目标二维成像结果实现目标三维结构的高精度重建的方法，主要步骤包括目标二维sar图像获取、目标信息提取、三维网格设置和基于前向投影的阈值检测等。该方法有效克服了geo sar低分辨率给目标三维结构重建造成的重建误差，实现了geo sar对目标三维结构的高精度重建。计算机仿真结果表明，该方法具备可行性、性能优越。

技术特征：

1.一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，其特征在于该方法步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，其特征在于：

3.根据权利要求1或2所述的一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的一种基于多角度观测的geo sar三维目标重建方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种基于多角度观测的GEO SAR三维重建方法，属于合成孔径雷达技术领域。本发明提出一种利用目标二维成像结果实现目标三维结构的高精度重建的方法，主要步骤包括目标二维SAR图像获取、目标信息提取、三维网格设置和基于前向投影的阈值检测等。该方法有效克服了GEO SAR低分辨率给目标三维结构重建造成的重建误差，实现了GEO SAR对目标三维结构的高精度重建。计算机仿真结果表明，该方法具备可行性、性能优越。

技术研发人员：张天意,丁泽刚,朱楷文,刘沛尧,杨志,赵秉吉
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13