高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法
2023-04-26 10:08:01
專利名稱：高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法
技術領域：
本發明屬於幹涉合成孔徑雷達信號處理技術領域，特別是涉及一種高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法。
背景技術：
安裝在衛星上的幹涉合成孔徑雷達(InSAR)是一種用於獲取地面數字高程圖(DEM)的重要遙感裝置。InSAR技術中的三大關鍵處理步驟是SAR圖像配準、幹涉相位估計(幹涉相位噪聲濾波)和相位展開。若圖像配準的精度 較差，將使後面的相位展開難以獲得令人滿意的結果。因為傳統的相位展開方法，例如枝切法、區域增長法和LS算法的性能受圖像配準精度的影響很大，都要求圖像配準的精度必須達到1/10 1/100個分辨單元，否則將會嚴重影響相位展開的性能。然而，對於相干性較低和不同幾何形變的兩幅圖像，精確配準就會存在困難。因此，研究對圖像配準誤差具有強穩健的幹涉相位估計方法，具有重要的實用價值。傳統的單基線InSAR系統受幹涉相位模糊和高程層疊(layover)等因素的影響十分嚴重，因此大大限制了該系統對高複雜地形(包含大斜坡和不連續區域，例如山谷、懸崖等)的高精度測繪能力。在單基線相位解纏算法中，比較典型的兩類算法是最小範數法(如LS算法)和路徑跟蹤法(即基於路徑的積分法，如Goldstein枝切法、質量指導的路徑跟蹤法、Mask-cut法和區域生長法)。但這些算法都受單基線InSAR系統固有缺點即相位解纏繞的可靠性和高程測量精度不能兼顧的影響。多基線InSAR系統的一個最大優點就是可以充分利用其長短基線獲取的信息來大大提高相位解纏繞的可靠性(短基線的優點)而不會降低高程測量精度(長基線的優點)。探索利用多基線InSAR系統來提高相位解纏繞(即多基線相位解纏繞)的可靠性和獲取高質量的DEM，已經成為一個熱點領域。因此多基線系統更具吸引力，是未來發展的趨勢。多基線系統能夠充分利用其長短基線獲取的信息來解決單基線InSAR系統所不能解決的高程層疊(layover)問題。Gini和Montanari首次用傳統非參數譜估計方法(波束形成)來解決layover問題，但缺點是受眾所周知的解析度和旁瓣問題的影響。為了得到更好的解析度，可用Capon濾波器，並且用RELAX (relaxation)算法和MUSIC(multiplesignal classification)算法用於估計 layover 中的絕對幹涉相位。但是上述方法都要求圖像配準的精度達到1/10 1/100個分辨單元，否則會嚴重影響絕對幹涉相位的估計結果，從而影響地形高程測量精度。然而，對於沒有明顯地貌特徵的SAR圖像，精確配準會存在困難。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法。為了達到上述目的，本發明提供的高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法包括按順序進行的下列步驟I)對合成孔徑雷達(SAR)圖像進行粗配準，以構造觀測矢量；2)確定存在配準誤差時的協方差矩陣和真實導向矢量；3)用估計的協方差矩陣和真實導向矢量進行波束掃描，估計絕對幹涉相位。在步驟I)中，所述的構造觀測矢量方法是用傳統的相關法以SAR主圖像S1作為參考，對副圖像I進行粗配準得到SAR粗配準圖像S2，對副圖像2進行粗配準得到SAR粗配準圖像S3，利用SAR主圖像Sl、SAR粗配準圖像82和SAR粗配準圖像S3構造觀測矢量。對於SAR主圖像S1中的一個像素i，則構造出的觀測矢量可以表示為
js(i) = [S1Q), S2 (i-3) , s2(i_2), S2 (i), S2 (i + 1) , s3(i_l), s3(i) , s3(i+2),s3(i+3)]T在步驟2)中，所述的確定存在配準誤差時的協方差矩陣和真實導向矢量的方法是a.利用步驟I)中得到的觀測矢量，估計其協方差矩陣Cjs⑴，可表示為Cjs (i) = E{js(i) jsH(i)}= E {[S1 ⑴，S2 (i-3), S2 (i_2), S2 ⑴，S2 (i+1), S3 (i_l)，S3 ⑴，S3 (i+2), S3 (i+3)]tLs1 (i), s2 (i-3), s2 (i-2), s2(i), s2(i+l), s3(i_l), s3(i), s3(i+2), s3(i+3)]*}b.對於像素i存在配準誤差時的真實導向矢量β (Φη ) (η = 1,2,, Ns, Ns表示layover的個數，假設Ns = 2)，可表示為
權利要求
1.一種高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法，其特徵在於所述的絕對幹涉相位估計方法包括按順序進行的下列步驟 1)對合成孔徑雷達圖像進行粗配準，以構造觀測矢量； 2)確定存在配準誤差時的協方差矩陣和真實導向矢量； 3)用估計的協方差矩陣和真實導向矢量進行波束掃描，估計絕對幹涉相位。
2.根據權利要求I所述的高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法，其特徵在於在步驟I)中，所述的構造觀測矢量方法是 用傳統的相關法以SAR主圖像S1作為參考，對副圖像I進行粗配準得到SAR粗配準圖像S2，對副圖像2進行粗配準得到SAR粗配準圖像s3，利用SAR主圖像Sl、SAR粗配準圖像S2和SAR粗配準圖像S3構造觀測矢量；對於SAR主圖像S1中的一個像素i，則構造出的觀測矢量表示為
3.根據權利要求I所述的高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法，其特徵在於在步驟2)中，所述的確定存在配準誤差時的協方差矩陣和真實導向矢量的方法是 a.利用步驟I)中得到的觀測矢量，估計其協方差矩陣C>(i)，表示為
4.根據權利要求I所述的高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法，其特徵在於在步驟3)中，用估計的協方差矩陣和真實導向矢量進行波束掃描的過程如下 a.以O.Ol弧度為步長，將Φη (η = 1，2，...，NS)在[-JI，Ji]範圍內的每一個取值代入代價函數J= M(Ctni)Cjs⑴β (Φη ) (n= 1，2，...，NS)中，分別計算其結果； 其中，
全文摘要
本發明公開了一種高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法。包括1)對合成孔徑雷達(SAR)圖像進行粗配準，以構造觀測矢量；2)確定存在配準誤差時的協方差矩陣和真實導向矢量；3)用估計的協方差矩陣和真實導向矢量進行波束掃描，估計絕對幹涉相位。本發明提供的高程層疊情況下穩健的絕對幹涉相位估計方法具有以下優點構造真實導向矢量時，利用了多基線系統；且能夠同時完成圖像配準、幹涉相位噪聲濾波和絕對幹涉相位估計，而且可以在SAR圖像配準精度很差(可以允許達到一個分辨單元)的條件下得到穩健的絕對幹涉相位估計結果。
文檔編號G01S13/90GK102967860SQ20121039303
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月17日 優先權日2012年10月17日
發明者李海, 吳仁彪, 鄭景忠 申請人:中國民航大學