干涉合成孔徑雷達(dá)信號處理方法研究.pdf

1、干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)對地面高分辨率、高精度三維測繪的重要的遙感技術(shù)，是微波傳感器中發(fā)展最為迅速和最有效的傳感器之一。干涉合成孔徑雷達(dá)在軍事、國民經(jīng)濟建設(shè)和科學(xué)研究中有著極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，對InSAR技術(shù)的研究，在國內(nèi)外受到高度重視。
　　 合成孔徑雷達(dá)(SAR)測量的距離和方位向高分辨率分別由脈沖壓縮和合成孔徑技術(shù)實現(xiàn)，它只能獲取二維平面信息，并不含有地面的高度信息。干涉合成孔徑雷達(dá)是在合成孔徑雷達(dá)的基

2、礎(chǔ)上，通過在不同軌道或不同時間對同一地區(qū)進(jìn)行多次觀測來獲得多幅SAR圖像，再根據(jù)干涉成像幾何關(guān)系等參數(shù)和SAR圖像對應(yīng)像素點之間的絕對相位差所反映的距離差來重構(gòu)數(shù)字高程圖(DEM)或地表形變圖。
　　 在InSAR處理中，SAR圖像配準(zhǔn)、干涉相位噪聲濾波和相位展開，這三大關(guān)鍵步驟是級聯(lián)進(jìn)行的，任何一級處理的信息損失，都對后面的處理產(chǎn)生不利影響，甚至無法進(jìn)行信息恢復(fù)。本論文通過信號處理方法來克服這些問題，主要對SAR圖像配準(zhǔn)及干涉

3、相位濾波和相位展開進(jìn)行聯(lián)合處理做了重點研究，以充分發(fā)揮干涉合成孔徑雷達(dá)在全天候條件下獲取大測繪帶地表高程和監(jiān)測地表形變信息的強大優(yōu)勢。具體工作概括如下：
　　 1.SAR圖像配準(zhǔn)
　　 InSAR信號處理對圖像配準(zhǔn)精度要求很高，即使亞像素級的配準(zhǔn)誤差都會使信號相干性降低，干涉相位噪聲方差增大，進(jìn)而增加相位濾波和相位展開的難度并直接影響最終恢復(fù)的DEM精度。針對此問題，提出了基于InSAR回波數(shù)據(jù)的自適應(yīng)圖像配準(zhǔn)方法。該方

4、法基于最小均方誤差(MMSE)準(zhǔn)則構(gòu)造最優(yōu)加權(quán)聯(lián)合數(shù)據(jù)矢量(OWJD)，同時給出了最優(yōu)權(quán)向量的證明和圖像一致性的計算方法，利用仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)驗證了本方法的有效性和正確性，并通過對InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)圖像配準(zhǔn)處理，可以得到穩(wěn)健的干涉相位估計。
　　 2.干涉相位濾波
　　 針對基于特征值分布估計噪聲子空間維數(shù)失效問題，提出了基于噪聲子空間維數(shù)的InSAR干涉相位估計方法。該方法在圖像存在配準(zhǔn)誤差時，不僅能夠準(zhǔn)確地估

5、計出噪聲子空間的維數(shù)，同時增強了聯(lián)合像素方法估計干涉相位的實用性和穩(wěn)健性。另外，融合相鄰像素的相干信息，通過校正陣列導(dǎo)向矢量，使得導(dǎo)向矢量與該地面分辨單元的協(xié)方差矩陣相對應(yīng)，利用穩(wěn)健波束形成實現(xiàn)對地形干涉相位估計，提出了一種基于穩(wěn)健波束形成的干涉相位估計方法。
　　 3.干涉相位展開和DEM重構(gòu)
　　 由于圖像配準(zhǔn)誤差、干涉相位噪聲和相位纏繞的存在，使得干涉相位展開及數(shù)字高程圖的獲取仍然是一個具有挑戰(zhàn)意義的課題。本文提出

6、了幾種有效的干涉相位展開方法：(1)基于最小費用流的InSAR干涉相位展開算法，(2)自適應(yīng)圖像配準(zhǔn)的多基線InSAR干涉相位展開方法，(3)基于優(yōu)化回波數(shù)據(jù)的自適應(yīng)圖像配準(zhǔn)InSAR干涉相位展開方法，以及(4)基于陣列信號處理的多基線InSAR高分率DEM重構(gòu)方法。通過對上述方法的性能分析和一系列實驗驗證以及干涉相位的克萊梅洛下界(CRLB)計算表明，均可以準(zhǔn)確獲得對圖像配準(zhǔn)誤差穩(wěn)健的絕對干涉相位估計(地形高程)，從而驗證了本文方法的