對(duì)多基線干涉sar相位偏置進(jìn)行估計(jì)的方法
【專利摘要】本發(fā)明對(duì)多基線干涉SAR相位偏置進(jìn)行估計(jì)的方法，根據(jù)干涉SAR的幾何關(guān)系，建立地物目標(biāo)高程與相位偏置的關(guān)系；在多基線干涉里建立一對(duì)天線構(gòu)成的干涉的相位偏置φoff_kl與另一對(duì)天線構(gòu)成的干涉的相位偏置φoff_mn的關(guān)系；以SAR成像時(shí)的參考高程或外部粗DEM來構(gòu)建地物目標(biāo)高程區(qū)間，對(duì)其等間隔劃分M份，求取對(duì)應(yīng)的φoff_kl(hi)與φoff_mn(hi)；對(duì)φoff_kl和φoff_mn線性擬合；對(duì)兩個(gè)干涉構(gòu)成的干涉組合中的J對(duì)同名點(diǎn)分別進(jìn)行φoff_kl與φoff_mn的線性擬合；對(duì)多基線干涉中兩兩干涉構(gòu)成的所有干涉組合中所有同名點(diǎn)的相位偏置進(jìn)行線性擬合并組成線性方程組；利用加權(quán)最小二乘法求解線性方程組；用估計(jì)的相位偏置反演DEM，獲得地物目標(biāo)的高程，并以此高程為基礎(chǔ)，縮小地物目標(biāo)的高程區(qū)間，進(jìn)行相位偏置的迭代估計(jì)。
【專利說明】對(duì)多基線干涉SAR相位偏置進(jìn)行估計(jì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種對(duì)多基線干涉合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行相位偏置估計(jì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一種主動(dòng)式二維高分辨成像雷達(dá)，其在距離向(波束照射方向)通過發(fā)射大時(shí)間帶寬積的線性調(diào)頻信號(hào)，采用脈沖壓縮技術(shù)來獲取高分辨率，在方位向(平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向，通常與距離向垂直)利用目標(biāo)和雷達(dá)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的軌跡來構(gòu)成一個(gè)合成孔徑來取代龐大的陣列實(shí)孔徑來獲取高分辨率。干涉合成孔徑雷達(dá)(Interferometric SAR, InSAR)是指利用兩部或多部不同位置處的合成孔徑雷達(dá)對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行觀測(cè)，并通過數(shù)據(jù)的后處理獲取場(chǎng)景的高程信息。由干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的回波數(shù)據(jù)獲取場(chǎng)景數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)的主要步驟包括運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、成像、配準(zhǔn)、濾波、相位解纏、干涉定標(biāo)、高程反演。多基線干涉合成孔徑雷達(dá)技術(shù)是一種新型合成孔徑雷達(dá)地面測(cè)繪技術(shù)，它可以獲取比傳統(tǒng)的單基線干涉合成孔徑雷達(dá)測(cè)量更為精確地地面三維信息。與常規(guī)干涉合成孔徑雷達(dá)測(cè)量技術(shù)相比，多基線干涉合成孔徑雷達(dá)的信號(hào)處理方法能夠克服或減少由于目標(biāo)高度的陡峭變化、較大噪聲干擾以及在獲取具有相同斜距的散射點(diǎn)高度時(shí)帶來的不利影響。如圖1示出多基線干涉合成孔徑雷達(dá)的幾何關(guān)系圖，其中Hi代表天線Ai的海拔高度；P i代表天線Ai與海拔高度為h的目標(biāo)的距離；e i代表天線Ai的下視角，下視角e i是p i與Hi的夾角；BU和a ,j分別代表干涉的基線長(zhǎng)度以及基線和水平線的夾角，i，j是各天線的序號(hào)，i，j = 1，2,3...N,且i古jo
[0003]在干涉合成孔徑雷達(dá)的干涉處理中，由兩部天線回波數(shù)據(jù)產(chǎn)生的圖像共軛復(fù)乘獲取的干涉相位是模2 后的相位，采用相位展開的方法可以獲取無纏繞的干涉相位。但該展開相位與絕對(duì)干涉相位仍相差一個(gè)2 的整數(shù)倍(此處忽略了系統(tǒng)可能引起的誤差因子)，使得該相位值并不是與距離延遲成比例的絕對(duì)干涉相位。如果相位展開正確的話，在整個(gè)干涉圖中這個(gè)整數(shù)就是一個(gè)固定的常數(shù)。有很多方法可以獲取絕對(duì)干涉相位，目前采用最多的方法是利用地面控制點(diǎn)(Ground Control Points, GCPs)的測(cè)量高度和干涉幾何關(guān)系，通過定標(biāo)方法估計(jì)相位偏置。由該地面控制點(diǎn)的信息計(jì)算出相位偏置，從而整個(gè)圖像的絕對(duì)干涉相位都可以確定。但干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)在實(shí)際的作業(yè)中，測(cè)繪場(chǎng)景中很可能無法布放地面控制點(diǎn)(兩面角反射器、三面角反射器等)。因此，在缺少地面控制點(diǎn)的情況下，根據(jù)數(shù)據(jù)估計(jì)相位偏置顯得尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種對(duì)多基線干涉SAR相位偏置進(jìn)行估計(jì)的方法。
[0005]本發(fā)明所提出的一種對(duì)多基線干涉SAR進(jìn)行相位偏置估計(jì)的方法，該估計(jì)方法包括以下步驟:[0006]步驟S1:根據(jù)干涉合成孔徑雷達(dá)的幾何關(guān)系，建立地物目標(biāo)高程與相位偏置的關(guān)系;
[0007]步驟S2:在多基線干涉里建立一對(duì)天線Ak和天線^構(gòu)成的干涉的相位偏置(^ff kl與另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉的相位偏置$ off ffln的關(guān)系，且I < k < I < N，I < m
<n≤N，N為多基線干涉的天線總個(gè)數(shù)，N≤3 ;
[0008]步驟S3:以合成孔徑雷達(dá)成像時(shí)的參考高程或外部粗場(chǎng)景數(shù)字高程模型來構(gòu)建地物目標(biāo)高程區(qū)間，把地物目標(biāo)高程區(qū)間等間隔劃分M份，求取每個(gè)高程對(duì)應(yīng)的多基線干涉里的一對(duì)天線Ak和天線A1構(gòu)成的干涉的相位偏置^KffJ5lOii)和另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉的相位偏置^KffjinOii), M為區(qū)間等間隔份數(shù)，M為自然數(shù)，比為第i區(qū)間的地物目標(biāo)高程；
[0009]步驟S4:對(duì)多基線干涉里一對(duì)天線Ak和天線A1構(gòu)成的干涉的相位偏置$ offJtl和另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉的相位偏置0 offJin進(jìn)行線性擬合；
[0010]步驟S5:把多基線干涉里一對(duì)天線Ak和天線A1構(gòu)成的干涉與另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉進(jìn)行組合形成干涉組合，然后對(duì)干涉組合中的J對(duì)同名點(diǎn)分別進(jìn)行一對(duì)天線Ak和天線A1構(gòu)成的干涉的相位偏置0 offJtl與另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉的相位偏置的線性擬合，J為干涉組合中的同名點(diǎn)對(duì)數(shù)，且J≥2 ；
[0011]步驟S6:把多基線干涉里兩兩干涉構(gòu)成的所有干涉組合中的所有同名點(diǎn)的相位偏置進(jìn)行線性擬合并組成線性方程組LO = B，其中L是由多基線干涉里兩兩干涉構(gòu)成的所有干涉組合中的所有同名點(diǎn)的相位偏置進(jìn)行線性擬合得到的線性系數(shù)構(gòu)成的系數(shù)矩陣，O是由多基線干涉里兩兩天線構(gòu)成的干涉的相位偏置構(gòu)成的未知列向量，B是由多基線干涉里兩兩干涉構(gòu)成的所有干涉組合中的所有同名點(diǎn)的相位偏置進(jìn)行線性擬合得到的常數(shù)系數(shù)構(gòu)成的列向量；
[0012]步驟S7:利用加權(quán)最小二乘法求解線性方程組獲得多基線干涉里待估計(jì)的各個(gè)相位偏置，其中加權(quán)系數(shù)由同名點(diǎn)的等效相位標(biāo)準(zhǔn)差來決定；
[0013]步驟S8:利用估計(jì)的相位偏置反演場(chǎng)景數(shù)字高程模型，獲得地物目標(biāo)的高程，然后以獲得地物目標(biāo)的高程為基礎(chǔ)，縮小地物目標(biāo)的高程區(qū)間，進(jìn)行相位偏置的迭代估計(jì)。
[0014]本發(fā)明基于同名點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了多基線干涉合成孔徑雷達(dá)中相位偏置的估計(jì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015](I)本發(fā)明不需要在進(jìn)行測(cè)繪時(shí)布放地面控制點(diǎn)，大大降低測(cè)繪工作量，提高干涉合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行測(cè)繪的作業(yè)效率；
[0016](2)本發(fā)明使得在對(duì)某些如荒山、沼澤等難以布放地面控制點(diǎn)的測(cè)區(qū)進(jìn)行測(cè)繪時(shí)仍然能夠精確估計(jì)相位偏置，獲得高精度的場(chǎng)景數(shù)字高程模型DEM ；
[0017]本發(fā)明方法能夠在無地面控制點(diǎn)的情況下估計(jì)多基線干涉合成孔徑雷達(dá)的相位偏置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是多基線干涉合成孔徑雷達(dá)的幾何關(guān)系圖；
[0019]圖2是本發(fā)明方法的流程圖；
[0020]圖3是干涉合成孔徑雷達(dá)的幾何關(guān)系圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]如圖2示出本發(fā)明方法的流程圖，本發(fā)明所提出的一種對(duì)多基線干涉合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行相位偏置估計(jì)的方法包括以下步驟:
[0023]步驟SI，根據(jù)干涉合成孔徑雷達(dá)的幾何關(guān)系，建立地物目標(biāo)高程h與相位偏置小off的關(guān)系；
[0024]干涉合成孔徑雷達(dá)的幾何關(guān)系如圖3所示，假設(shè)天線A1為主天線，則
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)多基線干涉合成孔徑雷達(dá)相位偏置進(jìn)行估計(jì)的方法，其特征在于，該估計(jì)方法包括以下步驟:步驟S1:根據(jù)干涉合成孔徑雷達(dá)的幾何關(guān)系，建立地物目標(biāo)高程與相位偏置的關(guān)系；步驟S2:在多基線干涉里建立一對(duì)天線Ak和天線A1構(gòu)成的干涉的相位偏置C^ff kl與另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉的相位偏置tff _的關(guān)系，且I≤k < I≤N，I≤m<n≤N，N為多基線干涉的天線總個(gè)數(shù)，3 ； 步驟S3:以合成孔徑雷達(dá)成像時(shí)的參考高程或外部粗場(chǎng)景數(shù)字高程模型來構(gòu)建地物目標(biāo)高程區(qū)間，把地物目標(biāo)高程區(qū)間等間隔劃分M份，求取每個(gè)高程對(duì)應(yīng)的多基線干涉里的一對(duì)天線Ak和天線Ajg成的干涉的相位偏置^KffJ5lOii)和另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉的相位偏置M為區(qū)間等間隔份數(shù)，M為自然數(shù)，比為第i區(qū)間的地物目標(biāo)高程； 步驟S4:對(duì)多基線干涉里一對(duì)天線Ak和天線A1構(gòu)成的干涉的相位偏置(^ff kl和另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉的相位偏置0 offJin進(jìn)行線性擬合； 步驟S5:把多基線干涉里一對(duì)天線Ak和天線A1構(gòu)成的干涉與另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉進(jìn)行組合形成干涉組合，然后對(duì)干涉組合中的J對(duì)同名點(diǎn)分別進(jìn)行一對(duì)天線Ak和天線A1構(gòu)成的干涉的相位偏置0 offJtl與另一對(duì)天線Am和天線An構(gòu)成的干涉的相位偏置^offjn的線性擬合，J為干涉組合中的同名點(diǎn)對(duì)數(shù)，且J ^ 2 ； 步驟S6:把多基線干涉里兩兩干涉構(gòu)成的所有干涉組合中的所有同名點(diǎn)的相位偏置進(jìn)行線性擬合并組成線性方程組LO = B，其中L是由多基線干涉里兩兩干涉構(gòu)成的所有干涉組合中的所有同名點(diǎn)的相位偏置進(jìn)行線性擬合得到的線性系數(shù)構(gòu)成的系數(shù)矩陣，O是由多基線干涉里兩 兩天線構(gòu)成的干涉的相位偏置構(gòu)成的未知列向量，B是由多基線干涉里兩兩干涉構(gòu)成的所有干涉組合中的所有同名點(diǎn)的相位偏置進(jìn)行線性擬合得到的常數(shù)系數(shù)構(gòu)成的列向量； 步驟S7:利用加權(quán)最小二乘法求解線性方程組獲得多基線干涉里待估計(jì)的各個(gè)相位偏置，其中加權(quán)系數(shù)由同名點(diǎn)的等效相位標(biāo)準(zhǔn)差來決定； 步驟S8:利用估計(jì)的相位偏置反演場(chǎng)景數(shù)字高程模型，獲得地物目標(biāo)的高程，然后以獲得地物目標(biāo)的高程為基礎(chǔ)，縮小地物目標(biāo)的高程區(qū)間，進(jìn)行相位偏置的迭代估計(jì)。
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK103630898SQ201310100902
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】李銀偉, 向茂生, 韋立登 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所