星載干涉合成孔徑雷達(dá)若干關(guān)鍵技術(shù)的算法研究.pdf

1、干涉合成孔徑雷達(dá)是近年來新發(fā)展起來的一項(xiàng)微波遙感技術(shù),它能夠全天候、大范圍、高精度地測量三維地形圖(digital evaluation map,DEM)和地形形變,被廣泛地應(yīng)用于地形測繪、植被分類、人工建筑三維重建以及火山活動(dòng)、冰川移動(dòng)、地表沉降等有關(guān)地質(zhì)動(dòng)力學(xué)的研究。它對(duì)同一地區(qū)具有微小差別的兩幅單視復(fù)數(shù)圖像(single look complex,SLC)進(jìn)行干涉處理,經(jīng)過配準(zhǔn)、濾波、解纏、去除平地效應(yīng)等一系列的處理環(huán)節(jié),最終獲取

2、三維DEM或地表形變的信息。本文工作主要集中于InSAR數(shù)據(jù)處理中的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù):SLC圖像配準(zhǔn)和相位解纏,同時(shí),提出了一種構(gòu)造不同圖像質(zhì)量的模擬SLC圖像的方法。
　　 論文首先介紹了合成孔徑雷達(dá)干涉測量三維地形和地表形變的發(fā)展歷程,概述了國內(nèi)外的InSAR技術(shù)發(fā)展以及當(dāng)前的研究狀況,詳細(xì)地論述InSAR技術(shù)反演DEM的處理過程,并對(duì)每個(gè)InSAR處理環(huán)節(jié)的原理和主要算法進(jìn)行了闡述和總結(jié)。
　　 本文采用了一種由粗配準(zhǔn)

3、到精配準(zhǔn)的兩級(jí)配準(zhǔn)策略,以兩幅圖像對(duì)應(yīng)像素的強(qiáng)度平均平方差函數(shù)作為相似性測度,對(duì)兩幅SLC圖像進(jìn)行配準(zhǔn),配準(zhǔn)精度達(dá)到了亞像素級(jí)。該方法首先根據(jù)兩圖像中特征明顯的區(qū)域,粗略選取相同區(qū)域。經(jīng)過過采樣后,在副圖像上選取幾十個(gè)256×256的搜索窗口,依據(jù)最小平均平方差函數(shù)進(jìn)行粗配準(zhǔn)。方位向?yàn)V波后,在副圖像上均勻選取幾百個(gè)64×64的窗口,對(duì)主副圖像做間隔為0.1像元的插值后,再以最小平均平方差函數(shù)進(jìn)行精配準(zhǔn)。設(shè)定閾值選取可靠的控制點(diǎn),經(jīng)過一致

4、性檢測后,根據(jù)這些控制點(diǎn),由二維多項(xiàng)式擬合方程計(jì)算出主副圖像上對(duì)應(yīng)像素間的配準(zhǔn)關(guān)系。最后,采用升余弦插值核進(jìn)行插值,計(jì)算副圖像各像素的偏移。將配準(zhǔn)后的兩幅ENVISAT圖像進(jìn)行干涉和濾波處理,干涉圖像出現(xiàn)的清晰干涉條紋證明了本文配準(zhǔn)算法的有效性。
　　 本文提出了一種基于蟻群算法的路徑跟蹤相位解纏算法。該方法考慮了整體的枝切線長度最短,通過蟻群算法,生成較短的全局路徑。再把全局路徑分割為多條“極性平衡”的路徑,使得生成的總路徑更

5、短。在避開路徑進(jìn)行相位積分時(shí),由路徑引起的解纏誤差更小,也不會(huì)形成孤立的不解纏區(qū)域,提高了相位解纏的精度。同時(shí),該方法有很好的并行性,利用并行計(jì)算機(jī)計(jì)算能夠大大加快運(yùn)算速度。將該算法分別應(yīng)用于仿真SLC數(shù)據(jù)的干涉圖像和ENVISAT-ASAR伊朗Barn地區(qū)的InSAR圖像,并與其他幾種解纏算法作了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該算法可有效用于不同復(fù)雜地形的干涉圖像的相位解纏。與其他幾種解纏算法相比,其解纏精度高,解纏速度也較快。
　　

6、針對(duì)大尺度密集殘差點(diǎn)干涉圖像的相位解纏,本文提出了兩種路徑跟蹤相位解纏算法:區(qū)域分片連接法以及中心擴(kuò)展搜索法。前者先將干涉圖像分割成多片極性平衡區(qū)域,然后按照最近距離原則連接每片區(qū)域的異性殘差點(diǎn)并建立枝切線。后者由圖像中心向外逐步擴(kuò)展,建立搜索窗口,搜索并連接最近距離的異性殘差點(diǎn)。前者適用于殘差點(diǎn)分散地分布在多片極性平衡區(qū)域的干涉圖像,后者適用于殘差點(diǎn)密集均勻分布的干涉圖像。它們建立的枝切線較短,避免了殘差點(diǎn)的多次連接,且提高了解纏精度

7、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的兩種算法具有解纏精度高,運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。尤其適用于尺寸較大、殘差點(diǎn)較密集的干涉圖像。
　　 本文提出了一種構(gòu)造不同質(zhì)量的SLC圖像的方法。用中國廣東地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)和ENVISAT-ASAR的參數(shù),按SAR投影成像和雙尺度粗糙面散射計(jì)算,構(gòu)造了SLC數(shù)據(jù)的相位和幅值。通過有比例地變更DEM的起伏程度生成多景具有不同的起伏高度和陰影的SLC圖像,進(jìn)而構(gòu)造了多景不同殘差點(diǎn)數(shù)量的相干數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)能夠?qū)Ω鞣NI