CN114966690B - 一种gnss-r sar双星融合成像方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种GNSS‑R SAR双星融合成像方法及系统，涉及融合成像技术领域，包括：根据广义模糊函数得到点扩散函数；根据导航卫星星历数据和接收机的位置信息，得到可见导航卫星子集；根据目标区域的位置信息和可见导航卫星子集，得到成像导航卫星子集；根据点扩散函数和各成像导航卫星，得到各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积以及地面点目标分辨率椭圆长半轴方向；根据各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星；根据各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星；根据参考卫星和辅卫星进行融合成像，得到最终的融合图像。本发明能够有效提高空间分辨率的提升效率，并降低运算量。

Description

一种GNSS-R SAR双星融合成像方法及系统
技术领域
本发明涉及融合成像技术领域，特别是涉及一种GNSS-R SAR双星融合成像方法及系统。
背景技术
随着导航卫星系统的发展与完善，其功能不再局限于定位和授时，全球导航卫星系统反射(Global Navigation Satellite System-Reflections，GNSS-R)技术近些年来受到越来越多的研究学者关注，该项技术主要是利用导航卫星在地球表面的反射信号对地表信息进行反演。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，与光学遥感相比，不受天气影响。GNSS-R SAR技术为GNSS-R相关技术中的一个新分支，其使用导航卫星作为外辐射信号源，在地面或者近地空间布设接收机，使用合成孔径的原理，对目标区域进行双站合成孔径雷达成像，该技术具有空间分辨率高、重访周期低、成本低、信号源丰富等优点，因此，GNSS-R SAR技术具有重要的科学研究的价值和应用前景。
在GNSS-R SAR技术中，由于受到导航信号带宽的限制，导致其距离向分辨率较低，多星融合是提高分辨率的一种重要方法。目前，在GNSS-R SAR多星融合和多角度观测等方面已经进行了大量研究，并开展了大量的实验，验证了GPS、北斗、GLONASS和GLONASS不同系统间多星融合的可行性。目前，GNSS-R主要的多星融合方式有一站多星和多站多星两种方式，融合的方法主要为单星成像后通过非相干累加的方式进行图像后处理。现有的多星融合方法是基于多颗卫星遍历的方法进行融合，该方法可以有效的提升融合后图像的分辨率和信噪比，但是随着融合卫星数量的增加，GNSS-R SAR的空间分辨率的提升效率明显下降，然而其运算量与融合卫星数量成正比，使其在工程应用上很难实现。
综上，如何有效提高空间分辨率的提升效率，并降低运算量，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种GNSS-R SAR双星融合成像方法及系统，从而有效提高空间分辨率的提升效率，并降低运算量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种GNSS-R SAR双星融合成像方法，所述方法包括：
获取参数信息和GNSS-R多星融合系统的广义模糊函数；所述参数信息包括接收机的位置信息、目标区域的位置信息和导航卫星星历数据；
根据所述广义模糊函数得到点扩散函数；
根据所述导航卫星星历数据和所述接收机的位置信息，得到可见导航卫星子集；所述可见导航卫星子集包括多个可见导航卫星；
根据所述目标区域的位置信息和所述可见导航卫星子集，得到成像导航卫星子集；所述成像导航卫星子集包括多个成像导航卫星；
根据所述点扩散函数和各所述成像导航卫星，得到各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积以及地面点目标分辨率椭圆长半轴方向；
根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星；
根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星；
根据所述参考卫星和所述辅卫星进行融合成像，得到最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像。
可选地，所述根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星，具体包括：
比较各所述地面点目标分辨率椭圆面积的大小，得到最小地面点目标分辨率椭圆面积；
将所述最小地面点目标分辨率椭圆面积对应的所述成像导航卫星作为参考卫星。
可选地，所述根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星，具体包括：
获取剩余成像导航卫星子集；所述剩余成像导航卫星子集包括所述成像导航卫星子集中所述参考卫星之外的所有成像导航卫星；
利用贪婪算法依次搜索所述参考卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向与所述剩余成像导航卫星子集中各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向之间的夹角；
将最接近90度的所述夹角对应的所述成像导航卫星作为辅卫星。
可选地，所述根据所述参考卫星和所述辅卫星进行融合成像，得到最终的GNSS-RSAR双卫星融合图像，具体包括：
获取所述参考卫星的原始数据和所述辅卫星的原始数据；
分别对所述参考卫星的原始数据和所述辅卫星的原始数据进行SAR数据处理，得到所述参考卫星的处理数据和所述辅卫星的处理数据；
根据所述参考卫星的处理数据和所述辅卫星的处理数据，利用时域成像算法或者频域成像算法进行成像，得到成像结果；
对所述成像结果进行图像配准和幅度均衡，得到配准均衡后的成像结果；
对所述配准均衡后的成像结果采用非相干加法获得最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像。
本发明还提供了如下方案：
一种GNSS-R SAR双星融合成像系统，所述系统包括：
参数信息和广义模糊函数获取模块，用于获取参数信息和GNSS-R多星融合系统的广义模糊函数；所述参数信息包括接收机的位置信息、目标区域的位置信息和导航卫星星历数据；
点扩散函数得到模块，用于根据所述广义模糊函数得到点扩散函数；
可见导航卫星子集得到模块，用于根据所述导航卫星星历数据和所述接收机的位置信息，得到可见导航卫星子集；所述可见导航卫星子集包括多个可见导航卫星；
成像导航卫星子集得到模块，用于根据所述目标区域的位置信息和所述可见导航卫星子集，得到成像导航卫星子集；所述成像导航卫星子集包括多个成像导航卫星；
椭圆面积和椭圆长半轴方向得到模块，用于根据所述点扩散函数和各所述成像导航卫星，得到各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积以及地面点目标分辨率椭圆长半轴方向；
参考卫星得到模块，用于根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星；
辅卫星得到模块，用于根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星；
融合图像得到模块，用于根据所述参考卫星和所述辅卫星进行融合成像，得到最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像。
可选地，所述参考卫星得到模块具体包括：
最小椭圆面积得到单元，用于比较各所述地面点目标分辨率椭圆面积的大小，得到最小地面点目标分辨率椭圆面积；
参考卫星得到单元，用于将所述最小地面点目标分辨率椭圆面积对应的所述成像导航卫星作为参考卫星。
可选地，所述辅卫星得到模块具体包括：
剩余成像导航卫星子集获取单元，用于获取剩余成像导航卫星子集；所述剩余成像导航卫星子集包括所述成像导航卫星子集中所述参考卫星之外的所有成像导航卫星；
夹角搜索单元，用于利用贪婪算法依次搜索所述参考卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向与所述剩余成像导航卫星子集中各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向之间的夹角；
辅卫星得到单元，用于将最接近90度的所述夹角对应的所述成像导航卫星作为辅卫星。
可选地，所述融合图像得到模块具体包括：
原始数据获取单元，用于获取所述参考卫星的原始数据和所述辅卫星的原始数据；
SAR数据处理单元，用于分别对所述参考卫星的原始数据和所述辅卫星的原始数据进行SAR数据处理，得到所述参考卫星的处理数据和所述辅卫星的处理数据；
成像单元，用于根据所述参考卫星的处理数据和所述辅卫星的处理数据，利用时域成像算法或者频域成像算法进行成像，得到成像结果；
配准均衡单元，用于对所述成像结果进行图像配准和幅度均衡，得到配准均衡后的成像结果；
融合图像获得单元，用于对所述配准均衡后的成像结果采用非相干加法获得最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开的GNSS-R SAR双星融合成像方法及系统，利用点扩散函数计算各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积以及地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，并根据各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积得到参考卫星，以及根据各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向得到辅卫星，根据参考卫星和辅卫星进行融合成像，从而基于点扩散函数对多星几何配置对融合分辨率的影响进行分析，得出双星融合是一种分辨率提升效率最优的几何配置，通过点扩散函数进行最优几何构型(参考卫星和辅卫星)的选择实现分辨率的有效提高，由于运算量与融合卫星数量成正比，双星(参考卫星和辅卫星)融合可显著降低运算量，最终达到有效提高空间分辨率的提升效率，并降低运算量的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明GNSS-R SAR双星融合成像方法实施例的流程图；
图2为本发明GNSS-R SAR双星融合成像方法框图；
图3为本发明不同几何配置的点目标的PSF仿真图；
图4为本发明基于优化选星的GNSS-R SAR双星融合成像仿真结果图；
图5为本发明GNSS-R SAR双星融合成像系统实施例的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种GNSS-R SAR双星融合成像方法及系统，从而有效提高空间分辨率的提升效率，并降低运算量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明GNSS-R SAR双星融合成像方法实施例的流程图。参见图1，该GNSS-RSAR双星融合成像方法包括：
步骤101：获取参数信息和GNSS-R多星融合系统的广义模糊函数；参数信息包括接收机的位置信息、目标区域的位置信息和导航卫星星历数据。
步骤102：根据广义模糊函数得到点扩散函数。
步骤103：根据导航卫星星历数据和接收机的位置信息，得到可见导航卫星子集；可见导航卫星子集包括多个可见导航卫星。
步骤104：根据目标区域的位置信息和可见导航卫星子集，得到成像导航卫星子集；成像导航卫星子集包括多个成像导航卫星。
步骤105：根据点扩散函数和各成像导航卫星，得到各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积以及地面点目标分辨率椭圆长半轴方向。
步骤106：根据各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星。
该步骤106具体包括：
比较各地面点目标分辨率椭圆面积的大小，得到最小地面点目标分辨率椭圆面积。
将最小地面点目标分辨率椭圆面积对应的成像导航卫星作为参考卫星。
步骤107：根据各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星。
该步骤107具体包括：
获取剩余成像导航卫星子集；剩余成像导航卫星子集包括成像导航卫星子集中参考卫星之外的所有成像导航卫星。
利用贪婪算法依次搜索参考卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向与剩余成像导航卫星子集中各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向之间的夹角。
将最接近90度的夹角对应的成像导航卫星作为辅卫星。
步骤108：根据参考卫星和辅卫星进行融合成像，得到最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像。
该步骤108具体包括：
获取参考卫星的原始数据和辅卫星的原始数据。
分别对参考卫星的原始数据和辅卫星的原始数据进行SAR数据处理，得到参考卫星的处理数据和辅卫星的处理数据。
根据参考卫星的处理数据和辅卫星的处理数据，利用时域成像算法或者频域成像算法进行成像，得到成像结果。
对成像结果进行图像配准和幅度均衡，得到配准均衡后的成像结果。
对配准均衡后的成像结果采用非相干加法获得最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像。
下面以一个具体实施例说明本发明的技术方案：
图2为本发明GNSS-R SAR双星融合成像方法框图。本发明GNSS-R SAR双星融合成像方法是一种优化双星融合成像方法，该优化双星融合成像方法建模框图如图2所示。该优化双星融合成像方法具体包括如下步骤：
(1)多星系统点扩散函数获取。
GNSS-R多星融合系统是一种多基SAR系统，其广义模糊函数可以看做多个双基地SAR系统的广义模糊函数的非相干累加。多星融合系统的广义模糊函数可以表示为：
公式(1)中，c是光速，λ是导航信号的波长，m为参加融合的卫星数，Bn为GNSS信号的带宽，Pn为功率，Tn为合成孔径时间，为系统双基角沿角平分线的单位矢量，u为方位向时间，/>为地面单位矢量。
从公式(1)可以看出，多卫星融合系统的广义模糊函数与传输信号的形式(主要是信号带宽Bn)、收发站的几何构型(地面单位矢量和基角沿角平分线的单位矢量)、合成孔径时间有关。因此在GNSS-R SAR中首先需要通过软件接收机对由导航卫星发射的直射信号在进行预处理确定接收机的位置信息，获取导航卫星的星历数据(导航卫星星历数据)以及确定目标区域的位置信息(现有技术参考文献：Pre-processing fortime domain imageformation in SS-BSAR system；SCI期刊：journal ofSystems EngineeringAndElectrics)。
(2)分辨率椭圆参数计算
为了更直观地评价基于GNSS的双态SAR的二维分辨能力，使用二维解析单元来分析双态SAR的解析能力。它采用其点扩散函数(PSF)的3dB近似椭圆面积来表征。点扩散函数(Point Spread Function，PSF)是广义模糊函数映射到地平面上的冲击响应，它是一个近似椭圆的解析单元。PSF函数由以下公式给出：
公式(2)是对公式(1)地面投影的椭圆在频率和时间维度上的积分获得的。近似椭圆的面积为 表示的是单位分辨率椭圆的面积，分辨率椭圆的面积用于衡量SAR图像分辨率。
公式(2)中，c是光速，j是复数的表达形式，T是合成孔径时间，u为方位向时间，uta为u的中心时刻，f为载波中心频率，B是信号的带宽，是等效双基角，/>为地面上任意两点的向量。在确定导航信号频段(信号的带宽和载波中心频率)和合成孔径时间的条件下，对点扩散函数的不同几何构型的点扩散函数进行了仿真，仿真结果如图3所示，图3中(a)部分表示双基角为0°时的点扩散函数，图3中(b)部分表示双基角为45°时的点扩散函数。其中，导航信号频段是进行SAR成像时可以选择的任意导航卫星的民用频段，合成孔径时间是由接收机的安装平台确定，固定站合成孔径时间通常在分钟级甚至更高，机载平台通常为秒级。
(3)优化选星方法
为了获得最佳的双卫星融合分辨率图像，需要从大量可见卫星中选择最佳组合进行融合成像。为了减少计算量，获得更好的成像分辨率，本发明提出了一种基于贪婪算法的卫星选择方法。本发明所提出的方法通过对两颗卫星的连续贪婪选择，以迭代的方式线性地逼近最优的双卫星组合，从而获得最优的双星融合分辨率。
第1步：选择导航卫星子集进行成像。
利用导航卫星星历数据和接收机的位置信息确定可见导航卫星分布情况，得到可见导航卫星子集(包括多个可见导航卫星)，结合目标区域的位置信息，基于GNSS-R SAR系统双星融合模式的几何配置参数，得到成像导航卫星子集(包括多个成像导航卫星)，选择成像的导航卫星子集(成像导航卫星子集)进行成像(通过满足双基地角小于90°的卫星构建成像的导航卫星子集)。其中，利用导航卫星星历数据和接收机的位置信息确定可见导航卫星分布情况是导航的通用技术，参见《卫星导航基础原理》[印]Rajat，Acharya，[拉雅，阿查里雅]著，袁洪等译。
卫星子集(成像导航卫星子集)的选择主要考虑与图像质量有关的两个几何配置参数，一是成像的空间分辨率，空间分辨率包括距离向分辨率和方位向分辨率/>由公式(3)和公式(4)可以看出，在确定接收平台和成像区域位置信息的条件(上述接收机的位置信息和目标区域的位置信息确定的条件)下，可以通过约束导航卫星的双基角β和擦地角α来实现，要求β小于90度，当β和α趋近于0度时距离向分辨率/>最优，二是图像的信噪比(SNR)，它主要与信号的功率相关，由公式(5)可知，可以通过提高接收天线的增益或增加合成孔径时间来提高成像的信噪比。
上式中，B为信号的带宽，ar是导航信号时延函数的形状因子，aa是导航信号多普勒函数的形状因子，c是光速，λ是导航信号的波长，β是双基角，ω是双基角速率，α是斜距平面与地面的夹角，也称之为擦地角，为地面的距离向单位矢量，/>为地面的方位向单位矢量。ρ为导航信号地表的辐射功率密度，GR为回波天线相位中心方向的增益，GA为回波天线有效接收面积，σ0为点目标的等效雷达截面积，Ares为该处的分辨单元面积，TA为合成孔径时长，即公式(5)中的TA，η为接收机损耗因子，RR为回波天线相位中心到目标区域中心的距离，k＝1.38×10-23J/K为玻尔兹曼常数，Tn取290k为系统噪声温度。
第2步：选择参考卫星
采用遍历搜索策略，根据方案提供的几何构型参数，包括信号频率与带宽、合成孔径时间和等效双基角(这些参数是根据成像时选择的导航卫星和接收机的位置信息获取到的，可由接收机获取)，由求解估算各卫星(成像导航卫星)的PSF分辨率单元的面积(地面点目标分辨率椭圆面积)，选择面积最小的分辨率单元对应的卫星为参考卫星。
第3步：选择辅卫星
选择与参考卫星融合获得最佳成像分辨率的卫星为辅卫星，数值分析表明，当两个PSF方向正交时，可以获得最小的融合二维分辨率单元。因此，可以将几何构型参数(信号频率与带宽、合成孔径时间、等效双基角这几个参数)及合成孔径时间T代入公式(2)计算参考卫星的PSF的方向即分辨率椭圆的长半轴的方向(地面点目标分辨率椭圆长半轴方向)ηR与导航卫星子集(剩余成像导航卫星子集)中卫星的分辨率椭圆的长半轴方向ηm之间的夹角(两颗卫星PSF的地面映射椭圆的长半轴的夹角，并非公式(2)中的等效双基角)，当和彼此正交时，系统达到了最佳的二维分辨率。当与之平行时，参考卫星的二维分辨率单元与融合卫星的二维分辨率单元重叠，则系统达到了最差的分辨率。因此，通过迭代搜索的方法在导航卫星的子集中通过计算夹角ψ＝|ηR-ηm|，获取辅助卫星，当ψ最接近90°时，选择相应的卫星作为辅助卫星。
(4)融合成像方法
分别对步骤(3)中计算得到的参考卫星和辅卫星(辅助卫星)的原始数据，即通过导航接收机接收的参考卫星的射频信号通过下变频后进行中频采样后的信号，进行SAR数据处理，对其直射信号进行捕获跟踪定位，对回波信号进行同步处理。通过时域成像算法(BackProjection，BP)或者频域成像算法(Range Doppler，RD)进行成像，完成图像配准和幅度均衡之后，可以采用非相干加法获得最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像，如图4所示，图4中(a)部分表示参考卫星目标仿真结果，图4中(b)部分表示辅卫星目标仿真结果，图4中(c)部分表示双星融合目标仿真结果。其中，融合成像方法是现有技术，BP成像算法参考文献：Pre-processing for time domain image formation in SS-BSAR system；SCI期刊：journal of Systems Engineering And Electrics；RD成像算法的参考文献：ModifiedRange-Doppler Algorithm for Space-Surface BSAR imaging。
本发明提出了一种基于优化选星的GNSS-R SAR双星融合成像方法(一种优化选星的GNSS-R SAR多星融合成像方法)，该方法对GNSS-R SAR在多星融合成像模式下的点扩散函数进行了推理分析，利用数值方法对多星融合成像中几何构型对GNSS-R SAR系统空间分辨率的影响进行了仿真分析，最后提出了一种基于贪婪算法的GNSS-R SAR双星融合成像方法。
本发明提出的一种优化选星的GNSS-R SAR双星融合成像方法，基于点扩散函数对多星几何配置对融合分辨率的影响进行了分析，得出双星融合是一种分辨率提升效率最优的几何配置，本发明提出的双星融合可以通过点扩散函数进行最优几何构型的选择实现分辨率的有效提高。本发明基于贪婪算法的优化选星策略不仅有效提高了GNSS-R SAR分辨率，而且降低了多星融合带来运算量，为高分辨率GNSS-R SAR成像的工程应用提供了一种新的思路。
简单来说，本发明GNSS-R SAR双星融合成像方法具体包括：
(1)根据导航卫星、接收机、目标区域等参数信息，通过系统的点扩散函数计算地面点目标分辨率椭圆的长半轴的方向。
(2)结合空间参数和GNSS-R SAR的分辨率公式，遍历计算成像时刻的可见卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，选择面积最小的分辨率椭圆对应的导航卫星为参考卫星。
(3)根据贪婪算法依次搜索主卫星分辨率椭圆长半轴的方向与其他可见卫星分辨率椭圆长半轴之间的夹角关系，选择夹角最接近90度的卫星为辅卫星，可以得到双星融合的最优配置。
与现有技术相比，本发明GNSS-R SAR双星融合成像方法的优点在于：
(1)该方法分析了GNSS-R SAR多星融合模式下的点扩散函数，从理论上得出多星几何配置是融合成像分辨率的影响重要因子。
(2)该方法从信号的模糊函数进行推导，思路明确，算法清晰，便于仿真测试和实验验证。
(3)该方法是基于GNSS-R SAR工程应用提出的，已完成了前期的软件验证工作，该方法可以试用于多种硬件平台和编程语言。
图5为本发明GNSS-R SAR双星融合成像系统实施例的结构图。参见图5，该GNSS-RSAR双星融合成像系统包括：
参数信息和广义模糊函数获取模块501，用于获取参数信息和GNSS-R多星融合系统的广义模糊函数；参数信息包括接收机的位置信息、目标区域的位置信息和导航卫星星历数据。
点扩散函数得到模块502，用于根据广义模糊函数得到点扩散函数。
可见导航卫星子集得到模块503，用于根据导航卫星星历数据和接收机的位置信息，得到可见导航卫星子集；可见导航卫星子集包括多个可见导航卫星。
成像导航卫星子集得到模块504，用于根据目标区域的位置信息和可见导航卫星子集，得到成像导航卫星子集；成像导航卫星子集包括多个成像导航卫星。
椭圆面积和椭圆长半轴方向得到模块505，用于根据点扩散函数和各成像导航卫星，得到各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积以及地面点目标分辨率椭圆长半轴方向。
参考卫星得到模块506，用于根据各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星。
该参考卫星得到模块506具体包括：
最小椭圆面积得到单元，用于比较各地面点目标分辨率椭圆面积的大小，得到最小地面点目标分辨率椭圆面积。
参考卫星得到单元，用于将最小地面点目标分辨率椭圆面积对应的成像导航卫星作为参考卫星。
辅卫星得到模块507，用于根据各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星。
该辅卫星得到模块507具体包括：
剩余成像导航卫星子集获取单元，用于获取剩余成像导航卫星子集；剩余成像导航卫星子集包括成像导航卫星子集中参考卫星之外的所有成像导航卫星。
夹角搜索单元，用于利用贪婪算法依次搜索参考卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向与剩余成像导航卫星子集中各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向之间的夹角。
辅卫星得到单元，用于将最接近90度的夹角对应的成像导航卫星作为辅卫星。
融合图像得到模块508，用于根据参考卫星和辅卫星进行融合成像，得到最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像。
该融合图像得到模块508具体包括：
原始数据获取单元，用于获取参考卫星的原始数据和辅卫星的原始数据。
SAR数据处理单元，用于分别对参考卫星的原始数据和辅卫星的原始数据进行SAR数据处理，得到参考卫星的处理数据和辅卫星的处理数据。
成像单元，用于根据参考卫星的处理数据和辅卫星的处理数据，利用时域成像算法或者频域成像算法进行成像，得到成像结果。
配准均衡单元，用于对成像结果进行图像配准和幅度均衡，得到配准均衡后的成像结果。
融合图像获得单元，用于对配准均衡后的成像结果采用非相干加法获得最终的GNSS-R SAR双卫星融合图像。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种GNSS-RSAR双星融合成像方法，其特征在于，所述方法包括：
获取参数信息和GNSS-R多星融合系统的广义模糊函数；所述参数信息包括接收机的位置信息、目标区域的位置信息和导航卫星星历数据；
根据所述广义模糊函数得到点扩散函数；GNSS-R多星融合系统是一种多基SAR系统，其广义模糊函数看做多个双基地SAR系统的广义模糊函数的非相干累加，多星融合系统的广义模糊函数表示为：
公式(1)中，c是光速，λ是导航信号的波长，m为参加融合的卫星数，Bn为GNSS信号的带宽，Pn为功率，Tn为合成孔径时间，/>为系统双基角沿角平分线的单位矢量，u为方位向时间，/>为地面单位矢量；点扩散函数由以下公式给出：
公式(2)是对公式(1)地面投影的椭圆在频率和时间维度上的积分获得的，近似椭圆的面积为表示的是单位分辨率椭圆的面积，分辨率椭圆的面积用于衡量SAR图像分辨率，公式(2)中，j是复数的表达形式，T是合成孔径时间，uta为u的中心时刻，f为载波中心频率，B是信号的带宽，/>是等效双基角，/>为地面上任意两点的向量；
根据所述导航卫星星历数据和所述接收机的位置信息，得到可见导航卫星子集；所述可见导航卫星子集包括多个可见导航卫星；
根据所述目标区域的位置信息和所述可见导航卫星子集，得到成像导航卫星子集；所述成像导航卫星子集包括多个成像导航卫星；
根据所述点扩散函数和各所述成像导航卫星，得到各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积以及地面点目标分辨率椭圆长半轴方向；由求解估算各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积；将几何构型参数及合成孔径时间T代入公式(2)计算地面点目标分辨率椭圆长半轴方向ηR；
根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星；
根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星；
根据所述参考卫星和所述辅卫星进行融合成像，得到最终的GNSS-RSAR双卫星融合图像。
2.根据权利要求1所述的GNSS-RSAR双星融合成像方法，其特征在于，所述根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星，具体包括：
比较各所述地面点目标分辨率椭圆面积的大小，得到最小地面点目标分辨率椭圆面积；
将所述最小地面点目标分辨率椭圆面积对应的所述成像导航卫星作为参考卫星。
3.根据权利要求1所述的GNSS-RSAR双星融合成像方法，其特征在于，所述根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星，具体包括：
获取剩余成像导航卫星子集；所述剩余成像导航卫星子集包括所述成像导航卫星子集中所述参考卫星之外的所有成像导航卫星；
利用贪婪算法依次搜索所述参考卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向与所述剩余成像导航卫星子集中各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向之间的夹角；
将最接近90度的所述夹角对应的所述成像导航卫星作为辅卫星。
4.根据权利要求1所述的GNSS-RSAR双星融合成像方法，其特征在于，所述根据所述参考卫星和所述辅卫星进行融合成像，得到最终的GNSS-RSAR双卫星融合图像，具体包括：
获取所述参考卫星的原始数据和所述辅卫星的原始数据；
分别对所述参考卫星的原始数据和所述辅卫星的原始数据进行SAR数据处理，得到所述参考卫星的处理数据和所述辅卫星的处理数据；
根据所述参考卫星的处理数据和所述辅卫星的处理数据，利用时域成像算法或者频域成像算法进行成像，得到成像结果；
对所述成像结果进行图像配准和幅度均衡，得到配准均衡后的成像结果；
对所述配准均衡后的成像结果采用非相干加法获得最终的GNSS-RSAR双卫星融合图像。
5.一种GNSS-RSAR双星融合成像系统，其特征在于，所述系统包括：
参数信息和广义模糊函数获取模块，用于获取参数信息和GNSS-R多星融合系统的广义模糊函数；所述参数信息包括接收机的位置信息、目标区域的位置信息和导航卫星星历数据；
点扩散函数得到模块，用于根据所述广义模糊函数得到点扩散函数；GNSS-R多星融合系统是一种多基SAR系统，其广义模糊函数看做多个双基地SAR系统的广义模糊函数的非相干累加，多星融合系统的广义模糊函数表示为：公式(1)中，c是光速，λ是导航信号的波长，m为参加融合的卫星数，Bn为GNSS信号的带宽，Pn为功率，Tn为合成孔径时间，/>为系统双基角沿角平分线的单位矢量，u为方位向时间，/>为地面单位矢量；点扩散函数由以下公式给出：/>公式(2)是对公式(1)地面投影的椭圆在频率和时间维度上的积分获得的，近似椭圆的面积为/> 表示的是单位分辨率椭圆的面积，分辨率椭圆的面积用于衡量SAR图像分辨率，公式(2)中，j是复数的表达形式，T是合成孔径时间，uta为u的中心时刻，f为载波中心频率，B是信号的带宽，/>是等效双基角，/>为地面上任意两点的向量；
可见导航卫星子集得到模块，用于根据所述导航卫星星历数据和所述接收机的位置信息，得到可见导航卫星子集；所述可见导航卫星子集包括多个可见导航卫星；
成像导航卫星子集得到模块，用于根据所述目标区域的位置信息和所述可见导航卫星子集，得到成像导航卫星子集；所述成像导航卫星子集包括多个成像导航卫星；
椭圆面积和椭圆长半轴方向得到模块，用于根据所述点扩散函数和各所述成像导航卫星，得到各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积以及地面点目标分辨率椭圆长半轴方向；由求解估算各成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积；将几何构型参数及合成孔径时间T代入公式(2)计算地面点目标分辨率椭圆长半轴方向ηR；
参考卫星得到模块，用于根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆面积，得到参考卫星；
辅卫星得到模块，用于根据各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向，得到辅卫星；
融合图像得到模块，用于根据所述参考卫星和所述辅卫星进行融合成像，得到最终的GNSS-RSAR双卫星融合图像。
6.根据权利要求5所述的GNSS-RSAR双星融合成像系统，其特征在于，所述参考卫星得到模块具体包括：
最小椭圆面积得到单元，用于比较各所述地面点目标分辨率椭圆面积的大小，得到最小地面点目标分辨率椭圆面积；
参考卫星得到单元，用于将所述最小地面点目标分辨率椭圆面积对应的所述成像导航卫星作为参考卫星。
7.根据权利要求5所述的GNSS-RSAR双星融合成像系统，其特征在于，所述辅卫星得到模块具体包括：
剩余成像导航卫星子集获取单元，用于获取剩余成像导航卫星子集；所述剩余成像导航卫星子集包括所述成像导航卫星子集中所述参考卫星之外的所有成像导航卫星；
夹角搜索单元，用于利用贪婪算法依次搜索所述参考卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向与所述剩余成像导航卫星子集中各所述成像导航卫星的地面点目标分辨率椭圆长半轴方向之间的夹角；
辅卫星得到单元，用于将最接近90度的所述夹角对应的所述成像导航卫星作为辅卫星。
8.根据权利要求5所述的GNSS-RSAR双星融合成像系统，其特征在于，所述融合图像得到模块具体包括：
原始数据获取单元，用于获取所述参考卫星的原始数据和所述辅卫星的原始数据；
SAR数据处理单元，用于分别对所述参考卫星的原始数据和所述辅卫星的原始数据进行SAR数据处理，得到所述参考卫星的处理数据和所述辅卫星的处理数据；
成像单元，用于根据所述参考卫星的处理数据和所述辅卫星的处理数据，利用时域成像算法或者频域成像算法进行成像，得到成像结果；
配准均衡单元，用于对所述成像结果进行图像配准和幅度均衡，得到配准均衡后的成像结果；
融合图像获得单元，用于对所述配准均衡后的成像结果采用非相干加法获得最终的GNSS-RSAR双卫星融合图像。
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