一種基于頻率補償?shù)亩嗷€sar干涉相位估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于頻率補償?shù)亩嗷€SAR干涉相位估計方法，通過展開最短基線的復(fù)干涉圖，來提取復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化的粗略估計頻率；把上述提取出的復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化的粗略估計頻率通過共軛復(fù)乘補償給相應(yīng)的抽樣復(fù)干涉信號；對降頻抽樣復(fù)干涉信號進行傅里葉變換，并做峰值搜索后獲得復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化的降頻抽樣復(fù)干涉信號頻率；將步驟一所得的粗略估計頻率與步驟三所得的降頻抽樣復(fù)干涉信號頻率疊加后，獲得復(fù)干涉圖每一像元隨基線變化的估計頻率；在獲得復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化的估計頻率的基礎(chǔ)上，求得最長基線干涉圖的干涉相位。本發(fā)明其具有簡單有效、計算量較小、精度較高，穩(wěn)健性較強的特點。
【專利說明】-種基于頻率補償?shù)亩嗷€SAR干涉相位估計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多基線SAR (Synthetic Aperture Radar,合成孔徑雷達）干涉相位估 計領(lǐng)域，具體涉及一種基于頻率補償?shù)亩嗷€SAR干涉相位估計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 干涉合成孔徑雷達（Interferometry Synthetic Aperture Radar，InSAR)利用兩 副天線對地同時觀測或單天線兩次對地近似平行觀測來獲取目標區(qū)域的三維信息，具有 快速、高效、精確、大范圍獲取地表三維信息的能力，為監(jiān)控目標和管理大范圍的環(huán)境問題 提供了更直接和更有效的方法，已廣泛地應(yīng)用在地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS)構(gòu)建、環(huán)境監(jiān)測及預(yù)警等領(lǐng)域。多基線InSAR技術(shù)能解決傳統(tǒng)InSAR技術(shù)存 在系統(tǒng)高度模糊數(shù)與纏繞相位解纏可靠性不可兼顧的矛盾，具有解決陡峭或斷裂山地、城 市等不連續(xù)復(fù)雜地形三維測繪的能力與潛力。多基線SAR干涉相位估計是多基線InSAR技 術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其展開精度直接關(guān)系到多基線InSAR系統(tǒng)高程測量精度，一直以來 就是多基線InSAR技術(shù)應(yīng)用研究的熱點與難點問題。過去十幾年以來，有關(guān)多基線SAR干 涉相位估計方法的文獻已陸續(xù)發(fā)表，包括中國余數(shù)定理法、最小二乘法、最小范數(shù)法、最大 似然法以及迭代法、子空間投影及波束形成算法等。上述方法中，中國余數(shù)定理法易受干涉 相位噪聲的影響而失效。最小二乘法和最小范數(shù)法本質(zhì)上是利用多個干涉基線的相位梯度 來平滑長基線的相位梯度值，其估計精度不僅受干涉圖質(zhì)量影響較大，而且如果權(quán)值選擇 不當或離散相位梯度估計不能反映真實的相位梯度，則會引入較大的誤差。最大似然相位 估計方法利用最大似然估計準則從多幅復(fù)SAR圖像提取相位信息，沒有最小二乘算法中相 鄰像素點的干涉相位差必須小于η的限制條件，但它通常還需利用其他相位展開算法對 最大似然估計后的折疊相位進行展開，其精度受限于后續(xù)算法處理其折疊相位的能力。迭 代法首先通過展開短基線干涉圖來獲取較長基線干涉圖相關(guān)信息，以此類推，最終展開最 長基線干涉圖，可以避免直接展開長基線干涉圖帶來的困難，但該方法存在前級與后級間 誤差傳遞效應(yīng)大，易導(dǎo)致長基線干涉圖部分區(qū)域相位估計精度嚴重惡化。子空間投影及波 束形成法能在抑制干涉相位噪聲的同時完成干涉相位展開，但存在準確估計噪聲子空間維 數(shù)難度較大和對干涉圖信噪比要求較高的問題，如干涉圖信噪比較低時，協(xié)方差矩陣大小 特征值接近，導(dǎo)致噪聲子空間維數(shù)估計存在較大的困難，而噪聲子空間維數(shù)估計不準將嚴 重影響其相位展開精度。張紅梅等提出的"利用差分濾波進行多基線InSAR相位解纏"[張 紅敏，靳國旺，徐青，秦志遠.利用差分濾波進行多基線InSAR相位解纏.武漢大學(xué)學(xué)報 (信息科學(xué)版），2011，36(9) :1031-1034.]將差分濾波思想引入到多基線SAR干涉相位展開 中，以較短基線干涉圖展開結(jié)果指導(dǎo)較長基線干涉圖的展開，從而擴展干涉相位估計的非 模糊區(qū)間，以解決較長基線干涉圖中欠采樣區(qū)域的展開難題。然而，該方法不僅要求最短基 線干涉圖質(zhì)量較高，不存在頻譜混疊問題，且不同干涉基線之間必須滿足適當比例關(guān)系；否 貝1J，該方法誤差較大，甚至完全失效。此外，文獻1公開了一種基于多基線組合頻率估計的 相位估計方法[謝先明，皮亦鳴.一種基于多基線組合頻率估計的相位展開方法.測繪學(xué) 報，2012, 41 (1) :93-99.]，該方法通過選取適當?shù)幕€組合和提取任一復(fù)像元（隨基線變 化的）頻率來獲得長基線干涉相位估計值，不需要進行大量的迭代運算，甚至當最短基線 較短時，不需要進行干涉相位展開；但該方法受采樣定理限制，其基線間隔必須小于臨界基 線間隔；否則該方法失效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于頻率補償?shù)亩嗷€SAR干涉相位估 計方法，其具有簡單有效、計算量較小、精度較高，穩(wěn)健性較強的特點。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] -種基于頻率補償?shù)亩嗷€SAR干涉相位估計方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一，通過展開最短基線的復(fù)干涉圖，來提取復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化 的粗略估計頻率；
[0007] 步驟二，把上述提取出的復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化的粗略估計頻率通過共 軛復(fù)乘補償給相應(yīng)的抽樣復(fù)干涉信號，獲得降頻抽樣復(fù)干涉信號；
[0008] 步驟三，對降頻抽樣復(fù)干涉信號進行傅里葉變換，并做峰值搜索后獲得復(fù)干涉圖 的每一像元隨基線變化的降頻抽樣復(fù)干涉信號頻率；
[0009] 步驟四，將步驟一所得的粗略估計頻率與步驟三所得的降頻抽樣復(fù)干涉信號頻率 疊加后，獲得復(fù)干涉圖每一像元隨基線變化的估計頻率；
[0010] 步驟五，在獲得復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化的估計頻率的基礎(chǔ)上，求得最長 基線干涉圖的干涉相位。
[0011] 在步驟三中，當基線間隔均勻時，則直接對降頻抽樣復(fù)干涉信號做快速傅里葉變 換；當基線間隔非均勻時，則對降頻抽樣復(fù)干涉信號做非均勻間隔離散傅里葉變換。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不受干涉基線間隔的限制，不需要進行大量的迭代運算， 甚至當最短基線較短時，可完全避開相位展開這一繁瑣的步驟，在不同地形、不同基線間隔 干涉圖相位估計實驗中均獲得了較好的結(jié)果，具有簡單有效、計算量較小、精度較高，穩(wěn)健 性較強的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 在1-A錐形場景干涉圖干涉相位估計實驗（Λ B = 60m)中：
[0014] 圖 1 (a) - (e)分別干涉基線 = 200m、B2 = 260m、B3 = 320m、B4 = 380m 和 B8 = 620m的干涉圖；圖1 (f)為B8干涉圖真實干涉相位；
[0015] 圖2(a)_(c)分別為文獻1方法的估計結(jié)果、估計誤差和誤差統(tǒng)計直方圖；
[0016] 圖3(a)_(c)分別為本發(fā)明的估計結(jié)果、估計誤差和誤差統(tǒng)計直方圖。
[0017] 在1-B錐形場景干涉圖干涉相位估計實驗（Λ B = 80m)中：
[0018] 圖4(a)和（b)分別為氏=200m和民=760m干涉圖；圖4(c)為民干涉圖真實 干涉相位；
[0019] 圖5(a)_(c)分別為文獻1方法的估計結(jié)果、估計誤差和誤差統(tǒng)計直方圖；
[0020] 圖6(a)_(c)分別為本發(fā)明的估計結(jié)果、估計誤差和誤差統(tǒng)計直方圖。
[0021] 在2-A錐形場景干涉圖干涉相位估計（基線間隔非均勻）實驗中：
[0022] 圖7(a)_(c)分別為本發(fā)明的估計結(jié)果、估計誤差和誤差統(tǒng)計直方圖。
[0023] 在2-B多山地形干涉圖干涉相位估計（基線間隔非均勻）實驗中：
[0024] 圖8(a)為多山地場景圖；圖8(b)為干涉基線B8 = 760m時的干涉圖；
[0025] 圖8 (c)為B8干涉圖真實干涉相位；
[0026] 圖9(a)_(c)分別為本發(fā)明的估計結(jié)果、估計誤差和誤差統(tǒng)計直方圖。
[0027] 在2-C金字塔地形干涉圖干涉相位估計（基線間隔非均勻）實驗中：
[0028] 圖10(a)和（b)分別為干涉基線& = 200m和B8 = 760m干涉圖；圖10(c)為B8 干涉圖真實干涉相位；
[0029] 圖11 (a)-(c)分別為本發(fā)明的估計結(jié)果、估計誤差和誤差統(tǒng)計直方圖。

【具體實施方式】
[0030] 一種基于頻率補償?shù)亩嗷€SAR干涉相位估計方法，包括如下步驟：
[0031] 步驟一，通過展開最短基線（Bi基線）復(fù)干涉圖，來提取該復(fù)干涉圖的每一像元隨 基線變化的粗略估計頻率/*，即

【權(quán)利要求】
1. 一種基于頻率補償?shù)亩嗷€SAR干涉相位估計方法，其特征是，包括如下步驟： 步驟一，通過展開最短基線即氏基線復(fù)干涉圖，來提取該復(fù)干涉圖的每一像元隨基線 變化的粗略估計頻率$，即 步驟二，把上述提取出的復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化的粗略估計頻率通過共軛復(fù) 乘補償給相應(yīng)的抽樣復(fù)干涉信號，獲得降頻抽樣復(fù)干涉信號； 步驟三，對降頻抽樣復(fù)干涉信號進行傅里葉變換，并做峰值搜索后獲得復(fù)干涉圖的每 一像元隨基線變化的降頻抽樣復(fù)干涉信號頻率； 步驟四，將步驟一所得的粗略估計頻率與步驟三所得的降頻抽樣復(fù)干涉信號頻率疊加 后，獲得復(fù)干涉圖每一像元隨基線變化的估計頻率； 步驟五，在獲得復(fù)干涉圖的每一像元隨基線變化的估計頻率的基礎(chǔ)上，求得最長基線 干涉圖的干涉相位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻率補償?shù)亩嗷€SAR干涉相位估計方法，其特征 是， 在步驟三中，當基線間隔均勻時，則直接對降頻抽樣復(fù)干涉信號做快速傅里葉變換；當 基線間隔非均勻時，則對降頻抽樣復(fù)干涉信號做非均勻間隔離散傅里葉變換。
【文檔編號】G01S13/90GK104062658SQ201410251346
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】謝先明 申請人:桂林電子科技大學(xué)