專利名稱：高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于干涉合成孔徑雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
安裝在衛(wèi)星上的干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)是一種用于獲取地面數(shù)字高程圖(DEM)的重要遙感裝置。InSAR技術(shù)中的三大關(guān)鍵處理步驟是SAR圖像配準(zhǔn)、干涉相位估計(jì)(干涉相位噪聲濾波)和相位展開。若圖像配準(zhǔn)的精度 較差，將使后面的相位展開難以獲得令人滿意的結(jié)果。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的相位展開方法，例如枝切法、區(qū)域增長(zhǎng)法和LS算法的性能受圖像配準(zhǔn)精度的影響很大，都要求圖像配準(zhǔn)的精度必須達(dá)到1/10 1/100個(gè)分辨單元，否則將會(huì)嚴(yán)重影響相位展開的性能。然而，對(duì)于相干性較低和不同幾何形變的兩幅圖像，精確配準(zhǔn)就會(huì)存在困難。因此，研究對(duì)圖像配準(zhǔn)誤差具有強(qiáng)穩(wěn)健的干涉相位估計(jì)方法，具有重要的實(shí)用價(jià)值。傳統(tǒng)的單基線InSAR系統(tǒng)受干涉相位模糊和高程層疊(layover)等因素的影響十分嚴(yán)重，因此大大限制了該系統(tǒng)對(duì)高復(fù)雜地形(包含大斜坡和不連續(xù)區(qū)域，例如山谷、懸崖等)的高精度測(cè)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范數(shù)法(如LS算法)和路徑跟蹤法(即基于路徑的積分法，如Goldstein枝切法、質(zhì)量指導(dǎo)的路徑跟蹤法、Mask-cut法和區(qū)域生長(zhǎng)法)。但這些算法都受單基線InSAR系統(tǒng)固有缺點(diǎn)即相位解纏繞的可靠性和高程測(cè)量精度不能兼顧的影響。多基線InSAR系統(tǒng)的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)就是可以充分利用其長(zhǎng)短基線獲取的信息來(lái)大大提高相位解纏繞的可靠性(短基線的優(yōu)點(diǎn))而不會(huì)降低高程測(cè)量精度(長(zhǎng)基線的優(yōu)點(diǎn))。探索利用多基線InSAR系統(tǒng)來(lái)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(zhì)量的DEM，已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。因此多基線系統(tǒng)更具吸引力，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。多基線系統(tǒng)能夠充分利用其長(zhǎng)短基線獲取的信息來(lái)解決單基線InSAR系統(tǒng)所不能解決的高程層疊(layover)問(wèn)題。Gini和Montanari首次用傳統(tǒng)非參數(shù)譜估計(jì)方法(波束形成)來(lái)解決layover問(wèn)題，但缺點(diǎn)是受眾所周知的分辨率和旁瓣問(wèn)題的影響。為了得到更好的分辨率，可用Capon濾波器，并且用RELAX (relaxation)算法和MUSIC(multiplesignal classification)算法用于估計(jì) layover 中的絕對(duì)干涉相位。但是上述方法都要求圖像配準(zhǔn)的精度達(dá)到1/10 1/100個(gè)分辨單元，否則會(huì)嚴(yán)重影響絕對(duì)干涉相位的估計(jì)結(jié)果，從而影響地形高程測(cè)量精度。然而，對(duì)于沒(méi)有明顯地貌特征的SAR圖像，精確配準(zhǔn)會(huì)存在困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟I)對(duì)合成孔徑雷達(dá)(SAR)圖像進(jìn)行粗配準(zhǔn)，以構(gòu)造觀測(cè)矢量；2)確定存在配準(zhǔn)誤差時(shí)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量；3)用估計(jì)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量進(jìn)行波束掃描，估計(jì)絕對(duì)干涉相位。在步驟I)中，所述的構(gòu)造觀測(cè)矢量方法是用傳統(tǒng)的相關(guān)法以SAR主圖像S1作為參考，對(duì)副圖像I進(jìn)行粗配準(zhǔn)得到SAR粗配準(zhǔn)圖像S2，對(duì)副圖像2進(jìn)行粗配準(zhǔn)得到SAR粗配準(zhǔn)圖像S3，利用SAR主圖像Sl、SAR粗配準(zhǔn)圖像82和SAR粗配準(zhǔn)圖像S3構(gòu)造觀測(cè)矢量。對(duì)于SAR主圖像S1中的一個(gè)像素i，則構(gòu)造出的觀測(cè)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(zhǔn)誤差時(shí)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量的方法是a.利用步驟I)中得到的觀測(cè)矢量，估計(jì)其協(xié)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(duì)于像素i存在配準(zhǔn)誤差時(shí)的真實(shí)導(dǎo)向矢量β (Φη ) (η = 1,2,, Ns, Ns表示layover的個(gè)數(shù)，假設(shè)Ns = 2)，可表示為
權(quán)利要求
1.一種高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法，其特征在于所述的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟 1)對(duì)合成孔徑雷達(dá)圖像進(jìn)行粗配準(zhǔn)，以構(gòu)造觀測(cè)矢量； 2)確定存在配準(zhǔn)誤差時(shí)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量； 3)用估計(jì)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量進(jìn)行波束掃描，估計(jì)絕對(duì)干涉相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法，其特征在于在步驟I)中，所述的構(gòu)造觀測(cè)矢量方法是 用傳統(tǒng)的相關(guān)法以SAR主圖像S1作為參考，對(duì)副圖像I進(jìn)行粗配準(zhǔn)得到SAR粗配準(zhǔn)圖像S2，對(duì)副圖像2進(jìn)行粗配準(zhǔn)得到SAR粗配準(zhǔn)圖像s3，利用SAR主圖像Sl、SAR粗配準(zhǔn)圖像S2和SAR粗配準(zhǔn)圖像S3構(gòu)造觀測(cè)矢量；對(duì)于SAR主圖像S1中的一個(gè)像素i，則構(gòu)造出的觀測(cè)矢量表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法，其特征在于在步驟2)中，所述的確定存在配準(zhǔn)誤差時(shí)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量的方法是 a.利用步驟I)中得到的觀測(cè)矢量，估計(jì)其協(xié)方差矩陣C>(i)，表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法，其特征在于在步驟3)中，用估計(jì)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量進(jìn)行波束掃描的過(guò)程如下 a.以O(shè).Ol弧度為步長(zhǎng)，將Φη (η = 1，2，...，NS)在[-JI，Ji]范圍內(nèi)的每一個(gè)取值代入代價(jià)函數(shù)J= M(Ctni)Cjs⑴β (Φη ) (n= 1，2，...，NS)中，分別計(jì)算其結(jié)果； 其中，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法。包括1)對(duì)合成孔徑雷達(dá)(SAR)圖像進(jìn)行粗配準(zhǔn)，以構(gòu)造觀測(cè)矢量；2)確定存在配準(zhǔn)誤差時(shí)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量；3)用估計(jì)的協(xié)方差矩陣和真實(shí)導(dǎo)向矢量進(jìn)行波束掃描，估計(jì)絕對(duì)干涉相位。本發(fā)明提供的高程層疊情況下穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)構(gòu)造真實(shí)導(dǎo)向矢量時(shí)，利用了多基線系統(tǒng)；且能夠同時(shí)完成圖像配準(zhǔn)、干涉相位噪聲濾波和絕對(duì)干涉相位估計(jì)，而且可以在SAR圖像配準(zhǔn)精度很差(可以允許達(dá)到一個(gè)分辨單元)的條件下得到穩(wěn)健的絕對(duì)干涉相位估計(jì)結(jié)果。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102967860SQ20121039303
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者李海, 吳仁彪, 鄭景忠 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)