CN114442097A - 基于时域后向投影的曲线sar立体目标成像方法和装置 - Google Patents

基于时域后向投影的曲线sar立体目标成像方法和装置 Download PDF

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CN114442097A CN202210357217.2A CN202210357217A CN114442097A CN 114442097 A CN114442097 A CN 114442097A CN 202210357217 A CN202210357217 A CN 202210357217A CN 114442097 A CN114442097 A CN 114442097A
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Abstract

本申请涉及基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法和装置，方法包括：获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面；对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与成像参考平面相对应的二维成像结果；以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与辅助图像相对应的对齐图像；对基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为位置的最终像素值，得到融合图像。本申请可以实现曲线SAR成像构型下立体目标的高质量成像。

Description

基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法和装置
技术领域
本申请涉及合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）成像技术领域，特别是涉及一种基于时域后向投影（Back Projection，BP）的曲线SAR立体目标成像方法和装置。
背景技术
SAR指的是一种通过利用平台运动形成方位合成孔径从而实现观测场景二维高分辨成像的雷达系统。传统SAR成像假设平台的运动轨迹为理想直线轨迹，从而衍生出了多种基于直线轨迹假设的成像方法。然而，实际机载SAR平台受气流扰动、任务规划需要等要求往往不能按照理想直线轨迹运动，而是形成曲线运动轨迹。因此，要想实现高质量的场景成像结果，必须采取能够适应曲线运动轨迹的SAR成像处理方法。
现有的曲线SAR成像处理方法主要是基于时域BP算法的处理方法。时域BP算法具有易于结合位置测量数据进行运动补偿和自动实现成像结果地理编码等优点。当位置测量精度足够高时，时域BP算法理论上可以实现对任意运动轨迹下平面目标的精确成像。
然而，当所观测的对象（如高层建筑物等）不能被建模为平面目标，而必须被建模为立体目标时，现有的时域BP算法无法实现观测场景内立体目标的高质量聚焦成像。如何解决适用于曲线SAR中立体目标的高质量成像是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法和装置，能够实现曲线SAR成像构型下立体目标的高质量成像。
基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法，包括：
获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面；
对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果；
以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像；
对所述基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为所述位置的最终像素值，得到融合图像。
在一个实施例中，获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面包括：
获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔：
Figure 459108DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 256294DEST_PATH_IMAGE002
表示成像场景的高度划分间隔，
Figure 38305DEST_PATH_IMAGE004
表示曲线SAR发射信号的波长，
Figure 879222DEST_PATH_IMAGE005
表示雷达对目标的方位积累角，
Figure 730372DEST_PATH_IMAGE006
表示雷达天线的俯视角；
根据所述高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面：
Figure 314937DEST_PATH_IMAGE007
式中，
Figure 420297DEST_PATH_IMAGE008
表示第
Figure 432115DEST_PATH_IMAGE010
个成像参考平面的高度，
Figure 990135DEST_PATH_IMAGE011
表示成像场景的最小高度，
Figure 129124DEST_PATH_IMAGE012
表示成像场景的最大高度，
Figure 354569DEST_PATH_IMAGE014
表示向上取整。
在一个实施例中，在对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果之前，还包括：
获取SAR的回波数据，并进行距离压缩处理，得到SAR的回波信号：
Figure 537288DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure 113763DEST_PATH_IMAGE016
表示快时间，
Figure 312836DEST_PATH_IMAGE017
表示目标的散射系数，
Figure 392787DEST_PATH_IMAGE018
表示电磁波传播速度，
Figure 11988DEST_PATH_IMAGE019
表示雷达在慢时间n时刻到目标的距离，j表示虚数单位，
Figure 544600DEST_PATH_IMAGE021
表示曲线SAR发射信号的波长，
Figure 25391DEST_PATH_IMAGE022
函数的定义为：
Figure 694270DEST_PATH_IMAGE023
。
在一个实施例中，对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果包括：
Figure 484371DEST_PATH_IMAGE024
式中，
Figure 504280DEST_PATH_IMAGE025
表示第
Figure 772450DEST_PATH_IMAGE026
个成像参考平面在坐标
Figure 561415DEST_PATH_IMAGE027
处的时域后向投影算法处理结果，
Figure 771685DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 278890DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 350751DEST_PATH_IMAGE031
表示成像场景的
Figure 525380DEST_PATH_IMAGE032
坐标范围，
Figure 142438DEST_PATH_IMAGE033
表示成像场景的
Figure 136938DEST_PATH_IMAGE034
坐标范围，
Figure 746911DEST_PATH_IMAGE035
表示慢时间
Figure 510468DEST_PATH_IMAGE036
时刻雷达到网格坐标
Figure 547694DEST_PATH_IMAGE037
处的距离，
Figure 544338DEST_PATH_IMAGE039
表示雷达方位运动总时间。
在一个实施例中，以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量包括：
Figure 692422DEST_PATH_IMAGE040
式中，
Figure 576065DEST_PATH_IMAGE042
表示第
Figure 49771DEST_PATH_IMAGE043
幅图像在
Figure 769597DEST_PATH_IMAGE044
坐标上的偏移量，
Figure 721372DEST_PATH_IMAGE045
表示第
Figure 99002DEST_PATH_IMAGE046
幅图像在
Figure 478031DEST_PATH_IMAGE047
坐标上的偏移量，
Figure 685152DEST_PATH_IMAGE048
表示雷达对网格坐标点
Figure 175039DEST_PATH_IMAGE049
的斜视角。
在一个实施例中，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像包括：
Figure 33274DEST_PATH_IMAGE050
式中，
Figure 848783DEST_PATH_IMAGE052
表示对第
Figure 526889DEST_PATH_IMAGE053
幅辅助图像
Figure 69735DEST_PATH_IMAGE055
完成插值处理后的图像，
Figure 782476DEST_PATH_IMAGE056
表示对第
Figure 503307DEST_PATH_IMAGE058
幅辅助图像
Figure 668709DEST_PATH_IMAGE059
完成插值处理前的图像。
在一个实施例中，对所述基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为所述位置的最终像素值，得到融合图像包括：
Figure 765978DEST_PATH_IMAGE060
式中，
Figure 67647DEST_PATH_IMAGE061
表示经过图像融合得到的融合图像，
Figure 710112DEST_PATH_IMAGE062
表示基准图像，
Figure 628389DEST_PATH_IMAGE063
表示第1幅对齐图像，
Figure 263770DEST_PATH_IMAGE064
。
在一个实施例中，以高度最小的二维成像结果为基准图像，其他高度的二维成像结果为辅助图像。
在一个实施例中，对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理包括：
将SAR的回波信号投影到每个成像参考平面上，并进行相干累加处理。
基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像装置，包括：
获取模块，用于获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面；
成像模块，用于对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果；
对齐模块，用于以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像；
融合模块，用于对所述基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为所述位置的最终像素值，得到融合图像。
上述基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法和装置，在曲线SAR的立体目标成像过程中，设置了多个不同高度的成像参考平面，采用基于时域BP算法的分层聚焦和图像融合处理方法，即使在立体目标远离成像参考平面的成像场景中，也可以保证目标能够在不同的参考平面上成像，并在相干累加过程中消除残留的相位误差，有效解决曲线SAR中远离成像参考平面的目标无法精确聚焦成像的问题，从而使目标可以实现良好聚焦成像，能够提高方位向的远离成像参考平面的目标聚焦质量，从而提高曲线SAR立体目标成像结果的整体质量，获得高质量的曲线SAR立体目标成像结果。
附图说明
图1为一个实施例中基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法的流程示意图；
图2为一个实施例中仿真实验的曲线SAR成像几何构型示意图；
图3为传统的时域后向投影方法的成像结果图；
图4为一个实施例中基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法的成像结果图；
图5为传统的时域后向投影方法与一个实施例中基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法的处理结果的剖面对比图；
图6为一个实施例中基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，本申请提供的基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法，在一个实施例中，包括如下步骤：
步骤102：获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面。
不同高度的成像参考平面是根据高度划分间隔对成像场景进行划分得到的，每个成像参考平面上的各位置具有相同的高度坐标，不同的水平坐标。
步骤104：对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与成像参考平面相对应的二维成像结果。
SAR的回波信号是将曲线SAR的回波数据进行距离压缩处理后得到的。
根据雷达平台与成像参考平面的位置关系，将距离压缩后的回波信号投影到各个成像参考平面上，并进行相干累加处理，得到不同高度平面上的时域BP算法成像处理结果，即二维成像结果。
步骤106：以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与辅助图像相对应的对齐图像。
根据成像几何关系计算各个辅助图像相对于基准图像而言的位置偏移量，并利用位置偏移量对辅助图像进行插值处理，得到与基准图像的像素对齐的辅助图像，即对齐图像。
步骤108：对基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为位置的最终像素值，得到融合图像。
对各像素位置，将像素对齐后的基准图像和对齐图像（各辅助图像）中该位置处的像素值取出构成一个序列，将该序列中的最大值作为最终成像结果中该位置处的值，从而得到将基准图像和各辅助图像进行融合后的最终二维成像结果。取序列中的最大值，聚焦效果会更好。
传统时域BP算法通过设置一个成像参考平面，对成像参考平面上的网格点进行逐点投影并相干累加，得到最终的成像结果。设慢时间
Figure 685524DEST_PATH_IMAGE066
时刻雷达到成像参考平面上某一网格点位置
Figure 748158DEST_PATH_IMAGE067
的距离为
Figure 137420DEST_PATH_IMAGE068
，则该位置处经过时域BP算法处理以后的值可表示为：
Figure 576491DEST_PATH_IMAGE069
式中，
Figure 118331DEST_PATH_IMAGE071
表示雷达方位运动总时间，
Figure 351866DEST_PATH_IMAGE072
。
实际中，若目标恰好在成像参考平面上，则
Figure 979157DEST_PATH_IMAGE073
，目标可以实现良好聚焦成像。然而，对于存在如高层建筑物等立体目标的成像场景，总是会存在远离成像参考平面的目标，此时，
Figure 690761DEST_PATH_IMAGE074
是慢时间
Figure 837840DEST_PATH_IMAGE075
的函数，其存在使得时域BP算法在相干累加过程中残留了相位误差，从而影响了方位向的聚焦质量。
而本实施例中，解决了该问题。
上述基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法和装置，在曲线SAR的立体目标成像过程中，设置了多个不同高度的成像参考平面，采用基于时域BP算法的分层聚焦和图像融合处理方法，即使在立体目标远离成像参考平面的成像场景中，也可以保证目标能够在不同的参考平面上成像，并在相干累加过程中消除残留的相位误差，有效解决曲线SAR中远离成像参考平面的目标无法精确聚焦成像的问题，从而使目标可以实现良好聚焦成像，能够提高方位向的远离成像参考平面的目标聚焦质量，从而提高曲线SAR立体目标成像结果的整体质量，获得高质量的曲线SAR立体目标成像结果。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，获取SAR的成像几何构型（雷达对目标的方位积累角和雷达天线的俯视角）与系统参数（曲线SAR发射信号的波长），计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面：
Figure 507855DEST_PATH_IMAGE076
式中，
Figure 356863DEST_PATH_IMAGE077
表示成像场景的高度划分间隔，
Figure 872158DEST_PATH_IMAGE078
表示曲线SAR发射信号的波长，
Figure 388590DEST_PATH_IMAGE079
表示雷达对目标的方位积累角，
Figure 963927DEST_PATH_IMAGE080
表示雷达天线的俯视角。
根据高度划分间隔，得到成像场景在不同高度的成像参考平面：
Figure 815078DEST_PATH_IMAGE081
式中，
Figure 399643DEST_PATH_IMAGE082
表示第
Figure 505002DEST_PATH_IMAGE083
个成像参考平面的高度，
Figure 516820DEST_PATH_IMAGE084
表示成像场景的最小高度，
Figure 91152DEST_PATH_IMAGE085
表示成像场景的最大高度，
Figure 213829DEST_PATH_IMAGE086
表示向上取整。
因此，第
Figure 439274DEST_PATH_IMAGE087
个成像参考平面上的网格点坐标可以表示为
Figure 621994DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure 932889DEST_PATH_IMAGE089
，
Figure 593678DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure 922897DEST_PATH_IMAGE091
和
Figure 542097DEST_PATH_IMAGE093
分别表示成像场景的
Figure 340289DEST_PATH_IMAGE094
坐标范围和
Figure 539189DEST_PATH_IMAGE095
坐标范围。
获取SAR的回波数据，并进行距离压缩处理，得到慢时间
Figure 489958DEST_PATH_IMAGE096
时刻的经过距离压缩后的目标回波信号：
Figure 14481DEST_PATH_IMAGE097
式中，
Figure 34389DEST_PATH_IMAGE099
表示快时间，
Figure 302560DEST_PATH_IMAGE101
表示目标的散射系数，
Figure 91524DEST_PATH_IMAGE102
表示电磁波传播速度，
Figure 786948DEST_PATH_IMAGE104
表示雷达在慢时间n时刻到目标的距离，j表示虚数单位，
Figure 543420DEST_PATH_IMAGE105
表示曲线SAR发射信号的波长，
Figure 615281DEST_PATH_IMAGE106
函数的定义为：
Figure 258752DEST_PATH_IMAGE107
。
对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果，即
Figure 125077DEST_PATH_IMAGE108
个成像参考平面上的时域BP算法成像结果：
Figure 119578DEST_PATH_IMAGE109
式中，
Figure 729551DEST_PATH_IMAGE111
表示第
Figure 243840DEST_PATH_IMAGE112
个成像参考平面在坐标
Figure 281066DEST_PATH_IMAGE113
处的时域后向投影算法处理结果，
Figure 762863DEST_PATH_IMAGE114
，
Figure 176527DEST_PATH_IMAGE115
，
Figure 794590DEST_PATH_IMAGE116
表示成像场景的
Figure 737138DEST_PATH_IMAGE117
坐标范围，
Figure 955499DEST_PATH_IMAGE119
表示成像场景的
Figure 907274DEST_PATH_IMAGE120
坐标范围，
Figure 379844DEST_PATH_IMAGE121
表示慢时间
Figure 24452DEST_PATH_IMAGE122
时刻雷达到网格坐标
Figure 215262DEST_PATH_IMAGE124
处的距离，
Figure 721460DEST_PATH_IMAGE125
表示雷达方位运动总时间。
对于不同高度平面上的时域BP算法成像结果，以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量，对第
Figure 314116DEST_PATH_IMAGE126
幅图像
Figure 864046DEST_PATH_IMAGE127
，其成像高度为
Figure 542152DEST_PATH_IMAGE128
，则各个辅助图像相对基准图像
Figure 835730DEST_PATH_IMAGE129
的位置偏移量为：
Figure 282892DEST_PATH_IMAGE130
式中，
Figure 518570DEST_PATH_IMAGE131
表示第
Figure 683972DEST_PATH_IMAGE133
幅图像在
Figure 781241DEST_PATH_IMAGE134
坐标上的偏移量，
Figure 82909DEST_PATH_IMAGE136
表示第
Figure 240221DEST_PATH_IMAGE138
幅图像在
Figure 627340DEST_PATH_IMAGE139
坐标上的偏移量，
Figure 13453DEST_PATH_IMAGE140
表示雷达对网格坐标点
Figure 700787DEST_PATH_IMAGE141
的斜视角。
优选地，以第一幅，即高度最小的二维成像结果为基准图像，其他高度的二维成像结果为辅助图像。
利用上式计算得到的位置偏移量对第
Figure 763420DEST_PATH_IMAGE142
幅辅助图像
Figure 903415DEST_PATH_IMAGE144
进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像，则完成插值处理后的图像
Figure 76907DEST_PATH_IMAGE145
与插值处理前的图像
Figure 868015DEST_PATH_IMAGE147
的对应关系可表示为：
Figure 101550DEST_PATH_IMAGE148
式中，
Figure 463261DEST_PATH_IMAGE150
表示对第
Figure 706023DEST_PATH_IMAGE152
幅辅助图像
Figure 102370DEST_PATH_IMAGE153
完成插值处理后的图像，
Figure 772385DEST_PATH_IMAGE154
表示对第
Figure 106546DEST_PATH_IMAGE155
幅辅助图像
Figure 887420DEST_PATH_IMAGE156
完成插值处理前的图像。
将所有辅助图像完成位置偏移量计算和插值处理以后，得到
Figure 138273DEST_PATH_IMAGE157
幅与基准图像像素对齐的辅助图像。
接下来，逐像素地完成图像融合。对基准图像和对齐图像上同一像素位置的像素值，将所有图像中该像素位置处的值取出构成一个序列，将该序列的最大值作为最终图像融合后该像素位置处的最终像素值，得到融合图像。上述图像融合过程可用下式表示：
Figure 979190DEST_PATH_IMAGE158
式中，
Figure 49914DEST_PATH_IMAGE159
表示经过图像融合得到的融合图像，
Figure 634479DEST_PATH_IMAGE160
表示基准图像，
Figure 989106DEST_PATH_IMAGE161
表示第1幅对齐图像，
Figure 924DEST_PATH_IMAGE162
。
本发明利用仿真实验对发明内容进行了验证，仿真实验结果证明了本发明的有效性。
如图2所示曲线SAR成像几何构型，所有参数的单位均为国际标准计量单位。在仿真实验中，设雷达工作的频段为Ku波段（中心频率为15.5GHz），信号带宽为600MHz，雷达天线的俯视角为45°，雷达对目标的方位积累角为5°，成像场景中设置了两个散射系数均为1的理想点目标，其位置分别为
Figure 824524DEST_PATH_IMAGE164
和
Figure 681622DEST_PATH_IMAGE165
。
图3是利用传统时域BP算法在高度为0m的成像参考平面上进行成像的结果。其中水平方向为
Figure 172646DEST_PATH_IMAGE166
轴方向（单位：m），垂直方向为
Figure 89786DEST_PATH_IMAGE167
轴方向（单位：m）。从图3中可以看出，由于成像参考平面的高度设置与其中一个目标的真实高度相同，该目标可以实现良好聚焦。然而，由于另外一个目标的真实高度与成像参考平面的高度设置差异较大，导致该目标无法实现良好聚焦。将成像参考平面的高度设置为其他值时有相同的结论，即：只有当目标的真实高度与成像参考平面的高度相同时，该目标才能实现良好聚焦，对真实高度与成像参考平面高度不同的目标均无法实现其良好聚焦。
图4是本发明的方法在一个实施例中的成像结果。其中水平方向为
Figure 885835DEST_PATH_IMAGE168
轴方向（单位：m），垂直方向为
Figure 812203DEST_PATH_IMAGE169
轴方向（单位：m）。从图4可以看出，经过本发明方法处理后，具有不同高度的目标均可以实现良好聚焦。
图5是本发明方法与传统时域BP算法处理结果的目标剖面对比图。其中水平方向为
Figure 892154DEST_PATH_IMAGE170
轴方向（单位：m），垂直方向为目标的归一化幅度（单位：dB）。深色的实线表示本发明方法成像结果的目标剖面曲线，浅色的虚线表示传统时域BP算法成像结果的目标剖面曲线。从图5可以进一步看出，本发明方法比传统时域BP算法具有更好的聚焦性能。
通过上述仿真实验结果可知：本发明方法能够有效地实现曲线SAR立体目标聚焦，获取高质量的曲线SAR成像结果。
如图6所示，本申请还提供基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像装置，在一个实施例中，包括：获取模块602、成像模块604、对齐模块606和融合模块608，具体的：
获取模块602，用于获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面；
成像模块604，用于对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果；
对齐模块606，用于以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像；
融合模块608，用于对所述基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为所述位置的最终像素值，得到融合图像。
在一个实施例中，获取模块602还用于获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面包括：
获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔：
Figure 245775DEST_PATH_IMAGE171
式中，
Figure 778388DEST_PATH_IMAGE172
表示成像场景的高度划分间隔，
Figure 242867DEST_PATH_IMAGE174
表示曲线SAR发射信号的波长，
Figure 692172DEST_PATH_IMAGE175
表示雷达对目标的方位积累角，
Figure 951115DEST_PATH_IMAGE176
表示雷达天线的俯视角；
根据所述高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面：
Figure 236603DEST_PATH_IMAGE177
式中，
Figure 504773DEST_PATH_IMAGE178
表示第
Figure 559317DEST_PATH_IMAGE179
个成像参考平面的高度，
Figure 739893DEST_PATH_IMAGE180
表示成像场景的最小高度，
Figure 247098DEST_PATH_IMAGE181
表示成像场景的最大高度，
Figure 318959DEST_PATH_IMAGE183
表示向上取整。
在一个实施例中，成像模块604还用于在对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果之前，还包括：
获取SAR的回波数据，并进行距离压缩处理，得到SAR的回波信号：
Figure 962430DEST_PATH_IMAGE184
式中，
Figure 94334DEST_PATH_IMAGE185
表示快时间，
Figure 823256DEST_PATH_IMAGE186
表示目标的散射系数，
Figure 948076DEST_PATH_IMAGE187
表示电磁波传播速度，
Figure 446053DEST_PATH_IMAGE188
表示雷达在慢时间n时刻到目标的距离，j表示虚数单位，
Figure 483279DEST_PATH_IMAGE189
表示曲线SAR发射信号的波长，
Figure 965076DEST_PATH_IMAGE190
函数的定义为：
Figure 113161DEST_PATH_IMAGE191
。
在一个实施例中，成像模块604还用于对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果包括：
Figure 747535DEST_PATH_IMAGE192
式中，
Figure 955663DEST_PATH_IMAGE193
表示第
Figure 659177DEST_PATH_IMAGE194
个成像参考平面在坐标
Figure 876531DEST_PATH_IMAGE195
处的时域后向投影算法处理结果，
Figure 349101DEST_PATH_IMAGE196
，
Figure 993709DEST_PATH_IMAGE197
，
Figure 433786DEST_PATH_IMAGE198
表示成像场景的
Figure 189253DEST_PATH_IMAGE200
坐标范围，
Figure 781908DEST_PATH_IMAGE201
表示成像场景的
Figure 66259DEST_PATH_IMAGE202
坐标范围，
Figure 9944DEST_PATH_IMAGE203
表示慢时间
Figure DEST_PATH_IMAGE205
时刻雷达到网格坐标
Figure 585413DEST_PATH_IMAGE206
处的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE207
表示雷达方位运动总时间。
在一个实施例中，对齐模块606还用于以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量包括：
Figure 298154DEST_PATH_IMAGE208
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE209
表示第
Figure DEST_PATH_IMAGE211
幅图像在
Figure 815723DEST_PATH_IMAGE212
坐标上的偏移量，
Figure DEST_PATH_IMAGE213
表示第
Figure 597489DEST_PATH_IMAGE214
幅图像在
Figure 429179DEST_PATH_IMAGE215
坐标上的偏移量，
Figure DEST_PATH_IMAGE216
表示雷达对网格坐标点
Figure 527585DEST_PATH_IMAGE217
的斜视角。
在一个实施例中，对齐模块606还用于计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE218
式中，
Figure 701208DEST_PATH_IMAGE219
表示对第
Figure 88327DEST_PATH_IMAGE221
幅辅助图像
Figure DEST_PATH_IMAGE222
完成插值处理后的图像，
Figure 254866DEST_PATH_IMAGE223
表示对第
Figure DEST_PATH_IMAGE224
幅辅助图像
Figure 457046DEST_PATH_IMAGE225
完成插值处理前的图像。
在一个实施例中，融合模块608还用于对所述基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为所述位置的最终像素值，得到融合图像包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE226
式中，
Figure 50839DEST_PATH_IMAGE227
表示经过图像融合得到的融合图像，
Figure 925254DEST_PATH_IMAGE229
表示基准图像，
Figure 364326DEST_PATH_IMAGE230
表示第1幅对齐图像，
Figure DEST_PATH_IMAGE231
。
在一个实施例中，对齐模块606还用于以高度最小的二维成像结果为基准图像，其他高度的二维成像结果为辅助图像。
在一个实施例中，成像模块604还用于对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理包括：
将SAR的回波信号投影到每个成像参考平面上，并进行相干累加处理。
关于基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像装置的具体限定可以参见上文中对于基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法的限定，在此不再赘述。上述基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像方法，其特征在于，包括：
获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面；
对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果；
以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像；
对所述基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为所述位置的最终像素值，得到融合图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面包括：
获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔：
Figure 663586DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 111885DEST_PATH_IMAGE002
表示成像场景的高度划分间隔，
Figure 157201DEST_PATH_IMAGE003
表示曲线SAR发射信号的波长，
Figure 83569DEST_PATH_IMAGE004
表示雷达对目标的方位积累角，
Figure 914253DEST_PATH_IMAGE005
表示雷达天线的俯视角；
根据所述高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面：
Figure 267874DEST_PATH_IMAGE006
式中，
Figure 800486DEST_PATH_IMAGE007
表示第
Figure 530545DEST_PATH_IMAGE008
个成像参考平面的高度，
Figure 465003DEST_PATH_IMAGE009
表示成像场景的最小高度，
Figure 723946DEST_PATH_IMAGE010
表示成像场景的最大高度，
Figure 258701DEST_PATH_IMAGE011
表示向上取整。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果之前，还包括：
获取SAR的回波数据，并进行距离压缩处理，得到SAR的回波信号：
Figure 526871DEST_PATH_IMAGE012
式中，
Figure 581415DEST_PATH_IMAGE013
表示快时间，
Figure 542418DEST_PATH_IMAGE014
表示目标的散射系数，
Figure 800355DEST_PATH_IMAGE015
表示电磁波传播速度，
Figure 341058DEST_PATH_IMAGE016
表示雷达在慢时间n时刻到目标的距离，j表示虚数单位，
Figure 250108DEST_PATH_IMAGE017
表示曲线SAR发射信号的波长，
Figure 116433DEST_PATH_IMAGE018
函数的定义为：
Figure 110934DEST_PATH_IMAGE019
。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果包括：
Figure 720906DEST_PATH_IMAGE020
式中，
Figure 757168DEST_PATH_IMAGE021
表示第
Figure 59974DEST_PATH_IMAGE022
个成像参考平面在坐标
Figure 276191DEST_PATH_IMAGE023
处的时域后向投影算法处理结果，
Figure 424276DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 307918DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 516046DEST_PATH_IMAGE026
表示成像场景的
Figure 970292DEST_PATH_IMAGE027
坐标范围，
Figure 922067DEST_PATH_IMAGE028
表示成像场景的
Figure 660216DEST_PATH_IMAGE029
坐标范围，
Figure 304824DEST_PATH_IMAGE030
表示慢时间
Figure 761213DEST_PATH_IMAGE031
时刻雷达到网格坐标
Figure 500368DEST_PATH_IMAGE032
处的距离，
Figure 827444DEST_PATH_IMAGE033
表示雷达方位运动总时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量包括：
Figure 642954DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure 321060DEST_PATH_IMAGE035
表示第
Figure 880217DEST_PATH_IMAGE036
幅图像在
Figure 327379DEST_PATH_IMAGE037
坐标上的偏移量，
Figure 533363DEST_PATH_IMAGE038
表示第
Figure 964345DEST_PATH_IMAGE039
幅图像在
Figure 796034DEST_PATH_IMAGE040
坐标上的偏移量，
Figure 628861DEST_PATH_IMAGE041
表示雷达对网格坐标点
Figure 255015DEST_PATH_IMAGE042
的斜视角。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像包括：
Figure 907713DEST_PATH_IMAGE043
式中，
Figure 57940DEST_PATH_IMAGE044
表示对第
Figure 214115DEST_PATH_IMAGE045
幅辅助图像
Figure 542328DEST_PATH_IMAGE046
完成插值处理后的图像，
Figure 416743DEST_PATH_IMAGE047
表示对第
Figure 855815DEST_PATH_IMAGE048
幅辅助图像
Figure 148387DEST_PATH_IMAGE049
完成插值处理前的图像。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为所述位置的最终像素值，得到融合图像包括：
Figure 381922DEST_PATH_IMAGE050
式中，
Figure 9213DEST_PATH_IMAGE051
表示经过图像融合得到的融合图像，
Figure 986396DEST_PATH_IMAGE052
表示基准图像，
Figure 382742DEST_PATH_IMAGE053
表示第1幅对齐图像，
Figure 787179DEST_PATH_IMAGE054
。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，以高度最小的二维成像结果为基准图像，其他高度的二维成像结果为辅助图像。
9.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理包括：
将SAR的回波信号投影到每个成像参考平面上，并进行相干累加处理。
10.基于时域后向投影的曲线SAR立体目标成像装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取SAR的成像几何构型与系统参数，计算成像场景的高度划分间隔，得到不同高度的成像参考平面；
成像模块，用于对每个成像参考平面，利用SAR的回波信号进行时域后向投影算法成像处理，得到与所述成像参考平面相对应的二维成像结果；
对齐模块，用于以任意一个二维成像结果为基准图像，其他的二维成像结果为辅助图像，计算各个辅助图像的位置偏移量并进行插值处理，得到与所述辅助图像相对应的对齐图像；
融合模块，用于对所述基准图像和对齐图像上同一位置的像素值，取最大值作为所述位置的最终像素值，得到融合图像。
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