一種基于半?yún)?shù)模型的InSAR干涉相位解纏方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及InSAR/DInSAR數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于半?yún)?shù)模型 的InSAR干涉相位解纏方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 兩幅配準(zhǔn)之后的SAR影像經(jīng)過復(fù)共軛相乘可以獲取干涉相位圖，干涉相位的取值 范圍位于（-π，π ]區(qū)間。相位解纏是InSAR/DInSAR數(shù)據(jù)處理中的重要組成部分，干涉相 位經(jīng)過相位解纏可以獲取反應(yīng)地表地形或者地表形變的解纏相位；因此解纏相位的精度直 接影響了 InSAR/DInSAR數(shù)據(jù)處理結(jié)果的可靠性；此外，在InSAR/DInSAR數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處 理過程中，由于受到大氣對流層延遲的影響、基線及DEM的誤差，導(dǎo)致干涉相位中不可避免 地含有系統(tǒng)誤差的影響，目前對這些系統(tǒng)誤差主要通過長時間序列的SAR影像觀測數(shù)據(jù)的 處理分析或利用外部的氣象或者水汽觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償或者消除。但是由于觀測數(shù)據(jù)數(shù)量 上的限制，或者數(shù)據(jù)獲取時間同步的要求，這些方法在實際的數(shù)據(jù)處理中難以得到廣泛的 應(yīng)用，因此需要提出一種可提高解纏相位的精度的有效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于InSAR或 DInSAR數(shù)據(jù)處理的基于半?yún)?shù)模型的相位解纏方法，通過采用非參數(shù)分量對系統(tǒng)誤差進(jìn)行 建豐吳，從而提尚解纏相位估計的精度。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005] 一種基于半?yún)?shù)模型的InSAR干涉相位解纏方法，用于在InSAR或DInSAR數(shù)據(jù)處 理過程中獲取解纏相位，包括以下步驟：
[0006] 1)半?yún)?shù)相位解纏模型的建立；
[0007] 2)半?yún)?shù)相位解纏模型的解算及解纏相位的估計。
[0008] 所述步驟1)中，半?yún)?shù)相位解纏模型具體為：
[0009]
[0010] 其中，V觀測值的殘差，B為觀測值的系數(shù)矩陣，纏繞相位和解纏相位 之間的關(guān)系，0為解纏相位的估值，L為纏繞相位的相位差，S為纏繞相位相位差中的系統(tǒng) 誤差的估值，m為纏繞相位的行數(shù)，η為纏繞相位的列數(shù)。
[0011] 所述纏繞相位的相位差利用干涉相位計算獲得。
[0012] 所述步驟2)具體為：
[0013] 201)建立基于補(bǔ)償最小二乘基本原則的解算方程：
[0014]
[0015] 其中，α為一個標(biāo)量，稱作正則參數(shù)，R為正則矩陣，P為纏繞相位相位差的權(quán)陣， ，為觀測值的殘差V的轉(zhuǎn)置，妒為系統(tǒng)誤差的估值S的轉(zhuǎn)置；
[0016] 202)基于拉格朗日極值基本原則對所述解算方程進(jìn)行求解，獲取半?yún)?shù)相位解纏 模型的誤差方程的法方程：
[0017]
[0018] 203)獲取關(guān)于解纏相位的方程：[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 204)采用預(yù)共軛梯度迭代算法對所述關(guān)于解纏相位的方程進(jìn)行求解，獲取解纏相 位的估值。
[0025] 所述正則參數(shù)α采用L曲線的方法進(jìn)行最優(yōu)化選取，具體為：
[0026] Al)基于預(yù)共軛梯度迭代算法獲取解纏相位的估值#，則系統(tǒng)誤差的估值為：
[0027]
[0028] A2)計算A. = 2丄+【2","L ^
[0029] A3)如果α所對應(yīng)的Li最小，則α為最優(yōu)的正則化參數(shù)。
[0030] 所述正則矩陣R采用時間序列的方式構(gòu)建。
[0031] 所述步驟204)具體為：
[0032] BI)對#進(jìn)行初始化各=〇，令?·。= 6 其中b為解纏相位方程的常數(shù)項，A為 解纏相位方程的系數(shù)，，同時獲取預(yù)共軛矩陣// = (心，…心*；
[0033] Β2)計算Zi= !T1 Ti, A = ，判斷當(dāng)前迭代是否為第一次迭代，若是，則令Pi = Zp若否，則令Wi= P 7 P ^pi= ZiJwiPi^i為迭代次數(shù)；
[0034] B3)計算 Vi =心；.-，務(wù)=舍-i + 明，：Ti= r H-ViApi;
[0035] B4)判斷是否存在I IriI I > ε I IiviI |，若是，則重復(fù)B2)、B3)進(jìn)行迭代計算，若 否，則執(zhí)行步驟B5);
[0036] B5)迭代終止獲取解纏相位的估計值。
[0037] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0038] (1)本發(fā)明進(jìn)行解纏相位的估計時考慮了 InSAR/DInSAR干涉相位中的系統(tǒng)誤差， 采用半?yún)?shù)模型的非參數(shù)分量對其建模和補(bǔ)償，從而消除其對解纏相位的影響，彌補(bǔ)傳統(tǒng) 的基于最小二乘的相位解纏算法的缺陷，減少系統(tǒng)誤差對相位解纏結(jié)果的影響，提高地形 估計及形變監(jiān)測解算結(jié)果的精度。
[0039] (2)本發(fā)明在進(jìn)行半?yún)?shù)相位解纏模型的解算時，采用基于正則矩陣的半?yún)?shù)解 算方法對上述模型進(jìn)行解算?？紤]干涉相位之間的相鄰關(guān)系，采用基于時間序列的正則矩 陣的構(gòu)造方法構(gòu)造正則矩陣，采用預(yù)共軛梯度算法對上述函數(shù)模型進(jìn)行求解，同時采用L 曲線確定最優(yōu)正則參數(shù)的原理確定最優(yōu)的正則化參數(shù)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償和解纏 相位的精確估計。
[0040] (3)本發(fā)明方法應(yīng)用于模擬的干涉相位數(shù)據(jù)中，解纏相位的相位差的均方根誤差 為0. 0925,優(yōu)于現(xiàn)有的解纏相位估計方法。
【附圖說明】
[0041] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖；
[0042] 圖2為實施例中模擬的附有系統(tǒng)誤差的解纏相位及干涉相位示意圖，其中，（2a) 為附有系統(tǒng)誤差的解纏相位三維圖，（2b)為干涉相位差中的系統(tǒng)誤差分量，（2c)附有系統(tǒng) 誤差的解纏相位，（2d)附有系統(tǒng)誤差的干涉相位；
[0043] 圖3為實施例中解纏相位估值及系統(tǒng)誤差估值，其中，（2a)為解纏相位的真值， (3b)為解纏相位的估值，（3c)為解纏相位的重新纏繞相位，（3d)為系統(tǒng)誤差的估值； [0044] 圖4為BAM地震的同震和震后差分干涉圖及解纏相位圖，其中，（4a)為同震差分 形變干涉圖，（4b)為，震后差分形變干涉圖，（4c)為同震差分干涉圖的解纏相位，（4d)為震 后差分干涉圖的解纏相位。
【具體實施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實施例。
[0046] 本實施例提供一種基于半?yún)?shù)模型的InSAR干涉相位解纏方法，用于在InSAR或 DInSAR數(shù)據(jù)處理過程中獲取解纏相位，如圖1所示，包括以下步驟：1)半?yún)?shù)相位解纏模型 的建立；2)半?yún)?shù)相位解纏模型的解算及解纏相位的估計。
[0047] 步驟1)中，利用干涉相位計算纏繞相位的相位差，半?yún)?shù)相位解纏模型顧及干涉 相位中的殘余的系統(tǒng)誤差、大氣延遲誤差及基線的誤差等系統(tǒng)誤差的影響，采用非參數(shù)分 量建立，具體為：
[0048]
(I)
[0049] 其中，i = 2, j = 1，2, ...，N，M、N為干涉相位的行列數(shù)，氣/為纏繞相位， Φυ_為解纏相位，為纏繞相位行方向的相位差，為纏繞相位列方向的相位差，W為 纏繞算子，f,、sG為纏繞相位的相位差的系統(tǒng)誤差，^、C ?為纏繞相位的偶然誤差。
[0050] 采用矩陣形式表達(dá)公式（1)，則基于半?yún)?shù)模型的相位解纏算法的誤差方程可以 表達(dá)為：
[0051]
(2)
[0052] 其中，V觀測值的殘差，B為觀測值的系數(shù)矩陣，2m￡"" "fxl為纏繞相位和解纏相位之 間的關(guān)系，#為解纏相位的估值，L為纏繞相位的相位差，i為纏繞相位相位差中的系統(tǒng)誤 差的估值，m為纏繞相位的行數(shù)，η為纏繞相位的列數(shù)，各矩陣的具體形式如下所示：
[0053]
[0055] 式（2)為即為半?yún)?shù)模型的函數(shù)模型，對公式（2)進(jìn)行求解不僅可以