專利名稱：一種基于外部粗精度dem的初始相位偏置實(shí)時(shí)估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于外部粗精度DEM的初始相位偏置實(shí)時(shí)估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
InSAR (干涉合成孔徑雷達(dá))技術(shù)可以獲取場(chǎng)景中一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)距離向坐標(biāo)、方位向坐標(biāo)和高程坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精確三維定位。隨著硬件水平的提高和InSAR技術(shù)的進(jìn)步，以及國(guó)防和經(jīng)濟(jì)生活需求的提高，DEM (數(shù)字高程模型)的實(shí)時(shí)獲取變得日益緊迫而必要。利用實(shí)時(shí)干涉處理結(jié)果可以實(shí)時(shí)評(píng)估雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量，快速選擇可處理和感興趣的數(shù)據(jù)塊，快速反應(yīng)應(yīng)對(duì)突發(fā)性自然災(zāi)害以及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的實(shí)時(shí)精確三維定位。要實(shí)現(xiàn)DEM實(shí)時(shí)反演，則要實(shí)時(shí)獲取絕對(duì)干涉相位，進(jìn)一步需要實(shí)時(shí)估計(jì)初始相位偏置的數(shù)值。目前絕對(duì)干涉相位獲取采用最多的方法是通過(guò)定標(biāo)方法估計(jì)基線長(zhǎng)度、基線傾角、時(shí)間延遲以及干涉相位偏置，從而確定整個(gè)圖像的絕對(duì)干涉相位。關(guān)于無(wú)需地面控制點(diǎn)的絕對(duì)相位估計(jì)，有譜分段估計(jì)算法、殘余延遲估計(jì)算法和基于相位偏置函數(shù)的估計(jì)方法。前兩種方法速度較慢，且精度不高，η的估計(jì)精度只能達(dá)到±0. 5 ;最后一種方法估計(jì)精度很高，但要求進(jìn)行兩次相反方向飛行，運(yùn)算量也較大，實(shí)時(shí)效率大受影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決實(shí)時(shí)DEM反演中的初始相位偏置估計(jì)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于外部粗精度DEM的初始相位偏置實(shí)時(shí)估計(jì)方法。本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案包括以下步驟I)分析初始相位偏置誤差的影響因素，并建立量化關(guān)系；

2)針對(duì)初始相位偏置誤差對(duì)DEM精度的影響建模，并獲取初始相位偏置誤差對(duì)DEM精度影響的定性與定量關(guān)系；3)由分析的上述定性與定量關(guān)系，確定參考高度是對(duì)初始相位偏置的一個(gè)重要影響因素，利用SRTM (航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)量任務(wù))的粗精度DEM獲取該場(chǎng)景的參考高度；4)根據(jù)獲取的參考高度、定標(biāo)場(chǎng)定出的參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)，由干涉幾何關(guān)系計(jì)算理論絕對(duì)干涉相位；5)由計(jì)算的理論絕對(duì)干涉相位、雙通道不一致延遲誤差導(dǎo)致的初始相位偏置誤差及展開相位估計(jì)初始相位偏置的數(shù)值。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明利用SRTM系統(tǒng)提供的粗精度DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合測(cè)區(qū)經(jīng)緯度信息及InSAR系統(tǒng)參數(shù)，在飛行測(cè)繪前確定SRTM數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)區(qū)4條邊界的經(jīng)緯度信息及計(jì)算垂直于航線方向的每列SRTM的DEM均值。在實(shí)時(shí)測(cè)繪時(shí)，根據(jù)載機(jī)飛行的實(shí)時(shí)機(jī)下點(diǎn)經(jīng)緯度及利用飛行前存儲(chǔ)的SRTM數(shù)據(jù)確定對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的SRTM相應(yīng)數(shù)值，利用這些數(shù)值求出DEM均值作為該段測(cè)區(qū)內(nèi)的參考高度。進(jìn)而根據(jù)求出的該測(cè)區(qū)參考高度、定標(biāo)場(chǎng)定標(biāo)后獲取的參數(shù)(B，α和Ar)及雙天線干涉幾何關(guān)系計(jì)算理論絕對(duì)相位。最后利用實(shí)際場(chǎng)景中與SRTM求取參考高度時(shí)選用的對(duì)應(yīng)比例區(qū)域，結(jié)合獲取的展開相位實(shí)時(shí)確定初始相位偏置的數(shù)值。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的初始相位偏置不能實(shí)時(shí)估計(jì)的問(wèn)題，且估計(jì)精度也能滿足絕大部分干涉產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用要求。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖。圖2為本發(fā)明中應(yīng)用的雙天線干涉原理圖。圖3為本發(fā)明中的參考高度誤差引起的幾何關(guān)系變化圖。圖4為本發(fā)明中的不同δ Href/Href比值導(dǎo)致的初始相位偏置誤差變化圖。圖5為本發(fā)明中的不同的基線傾角導(dǎo)致的初始相位偏置誤差變化圖。

圖6為本發(fā)明中的不同的Href/H比值導(dǎo)致的初始相位偏置誤差變化圖。圖7為本發(fā)明中的不同基線傾角由初始相位偏置誤差導(dǎo)致的DEM誤差隨距離向的變化情況圖。圖8為本發(fā)明中的最近、參考和最遠(yuǎn)斜距處，初始相位偏置誤差導(dǎo)致高程誤差隨基線傾角變化情況圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖。本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程如下(I)由機(jī)載雙天線干涉幾何關(guān)系確定DEM反演公式。由圖2機(jī)載雙天線干涉SAR系統(tǒng)的干涉原理圖，得DEM反演公式(I)。Θ 2= a -arcsin ( λ φ a/2 π BQ)h=H-Href-r2cos θ 2 (I)y=r2sin Θ2由該式可知，只要載機(jī)飛行高度H、基線長(zhǎng)度與傾角B及α、視角Θ 2及斜距r2確定，就可通過(guò)絕對(duì)相位(K求得點(diǎn)P的高程。其中Q為系數(shù)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)模式Q=I ;乒乓模式時(shí)，Q=2。Href為目標(biāo)的參考高度。由該原理圖可知，由于干涉處理時(shí)采用的是三角函數(shù)計(jì)算方法，因此由兩天線產(chǎn)生的干涉相位是纏繞相位Φψ。其數(shù)值并沒有與真實(shí)地形的干涉相位相對(duì)應(yīng)，相差2 π的整數(shù)倍，因此要對(duì)該相位進(jìn)行相位展開獲取非纏繞相位Φ 。但由于多種誤差因素，該相位在整個(gè)場(chǎng)景中仍與式(I)要求的絕對(duì)相位CK相差一個(gè)常數(shù)相位值CK，稱為初始相位偏置。Φ3=Φ +Φ0 ⑵(2)初始相位偏置誤差影響因素分析I)初始相位偏置誤差影響因素分析造成初始相位偏置誤差的原因主要有兩個(gè)，一是由于兩路接收機(jī)通道的延遲線不同而產(chǎn)生的兩通道間絕對(duì)延遲時(shí)間誤差；二是相位展開中選擇作為起始點(diǎn)的干涉相位并不是該點(diǎn)真實(shí)絕對(duì)相位值(此處主要由于該點(diǎn)采用參考高度不是其真實(shí)參考高度導(dǎo)致)。①兩通道不一致延遲誤差分析雙天線系統(tǒng)中，由于計(jì)數(shù)器數(shù)值的設(shè)定誤差會(huì)導(dǎo)致PRF與采樣脈沖之間的延時(shí)與預(yù)設(shè)數(shù)值存在較大偏差；此外通道數(shù)據(jù)傳輸線的延遲也有一定影響，導(dǎo)致了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的延時(shí)與實(shí)際不相符合。而兩通道的不一致性會(huì)使兩個(gè)通道存在一個(gè)固定延遲誤差A(yù)r12，造成干涉相位中存在一個(gè)常數(shù)相位誤差。這種常數(shù)相位誤差在傳統(tǒng)干涉處理中可通過(guò)定標(biāo)處理予以消除，但在取消了定標(biāo)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，這種不一致性要考慮在內(nèi)，可以通過(guò)定標(biāo)場(chǎng)的N個(gè)定標(biāo)點(diǎn)求取兩通道各自延遲誤差再利用式(3)確定不一致延遲誤差。Δ T12=Q · (ArfAr2)/2 (3)其中Ar1和Ar2分別為天線Al和天線A2到目標(biāo)的絕對(duì)延遲時(shí)間誤差引起的路徑差。由此將引起的初始相位偏置誤差為4 31 f τ Ar12/c,其中f τ為距離向頻率。②參考高度誤差對(duì)初始相位偏置的影響對(duì)初始相位偏置影響較大的是選擇的相位展開起始點(diǎn)在相位展開后本身就與真實(shí)相位值相差了一個(gè)常數(shù)，從而使得展開相位整體上相差了一個(gè)常數(shù)相位偏差。這主要是相位展開起始點(diǎn)的本身參考高度與其真實(shí)參考高度有較大偏差的原因。圖3給出了當(dāng)參考高度HMf與真實(shí)值存在δ Href的誤差時(shí)，引起的雙天線路徑差的變化情況。由該圖的幾何關(guān)系可得Τ*處的視角為
權(quán)利要求
1.一種基于外部粗精度DEM的初始相位偏置實(shí)時(shí)估計(jì)方法，包括以下步驟O分析實(shí)時(shí)DEM反演中的初始相位偏置誤差的影響因素，并建立量化關(guān)系；2)初始相位偏置誤差對(duì)DEM精度影響建模，并獲取初始相位偏置誤差對(duì)DEM精度影響的定性與定量關(guān)系，得到相應(yīng)的影響曲線簇；3)根據(jù)步驟I)獲得的量化關(guān)系確定參考高度是對(duì)初始相位偏置的一個(gè)重要影響因素， 利用SRTM的粗精度DEM獲取該場(chǎng)景的參考高度；4)根據(jù)獲取的參考高度、定標(biāo)場(chǎng)定出的參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)，由干涉幾何關(guān)系計(jì)算理論絕對(duì)干涉相位；5)根據(jù)理論絕對(duì)干涉相位、雙通道不一致延遲時(shí)間誤差導(dǎo)致的初始相位偏置誤差及展開相位估計(jì)初始相位偏置的數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外部粗精度DEM的初始相位偏置實(shí)時(shí)估計(jì)方法，所述步驟I)包括以下步驟確定對(duì)初始相位偏置誤差影響的兩個(gè)主要因素兩通道不一致延遲誤差及參考高度誤通過(guò)定標(biāo)場(chǎng)的N個(gè)定標(biāo)點(diǎn)確定兩通道不一致性延遲誤差 Ar12=Q · (Ar1-Ar2)/2 (I)由此引起的初始相位偏置誤差大小為4π ·τ Ar12/C。其中Q為雷達(dá)工作方式，乒乓模式時(shí)，Q=2 ;標(biāo)準(zhǔn)模式時(shí)，Q=I0 Ar1和Ar2分別為天線A1和天線A2到目標(biāo)的絕對(duì)時(shí)間延遲誤差而產(chǎn)生的路徑差；當(dāng)成像區(qū)域的參考高度與真實(shí)值Href存在的誤差時(shí)，將引起雙天線路徑差的變化，目標(biāo)處的視角將由ΘΤ變?yōu)閪
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外部粗精度DEM的初始相位偏置實(shí)時(shí)估計(jì)方法，步驟2) 中建立的初始相位偏置誤差與高程誤差的模型為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于外部粗精度DEM的初始相位偏置實(shí)時(shí)估計(jì)方法。它包括以下步驟獲取影響因素對(duì)初始相位偏置誤差的量化關(guān)系；確定初始相位偏置誤差對(duì)DEM的定性與定量影響關(guān)系；根據(jù)外部粗精度DEM確定成像區(qū)域的參考高度；由系統(tǒng)參數(shù)、飛行前定標(biāo)場(chǎng)獲定出的參數(shù)及獲取的參考高度，結(jié)合干涉幾何關(guān)系計(jì)算理論絕對(duì)干涉相位；由理論干涉相位、雙通道不一致延遲誤差產(chǎn)生的初始相位偏置誤差及展開相位確定初始相位偏置的數(shù)值。本發(fā)明針對(duì)目前DEM反演中不能實(shí)時(shí)提供較高精度初始相位偏置的問(wèn)題，提出了高精度初始相位偏置實(shí)時(shí)估計(jì)，在實(shí)時(shí)DEM反演中能實(shí)時(shí)產(chǎn)生滿足實(shí)際測(cè)繪需求的較高精度的初始相位偏置。
文檔編號(hào)G01S7/40GK103033813SQ20121059055
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者陳立福, 樊紹勝, 黃亞飛, 謝文彪, 彭曙蓉, 王海亮, 韓松濤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)