星載干涉合成孔徑雷達若干關鍵技術的算法研究.pdf

1、干涉合成孔徑雷達是近年來新發(fā)展起來的一項微波遙感技術,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,被廣泛地應用于地形測繪、植被分類、人工建筑三維重建以及火山活動、冰川移動、地表沉降等有關地質(zhì)動力學的研究。它對同一地區(qū)具有微小差別的兩幅單視復數(shù)圖像(single look complex,SLC)進行干涉處理,經(jīng)過配準、濾波、解纏、去除平地效應等一系列的處理環(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)處理中的兩個關鍵技術:SLC圖像配準和相位解纏,同時,提出了一種構造不同圖像質(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技術發(fā)展以及當前的研究狀況,詳細地論述InSAR技術反演DEM的處理過程,并對每個InSAR處理環(huán)節(jié)的原理和主要算法進行了闡述和總結。
　　 本文采用了一種由粗配準

3、到精配準的兩級配準策略,以兩幅圖像對應像素的強度平均平方差函數(shù)作為相似性測度,對兩幅SLC圖像進行配準,配準精度達到了亞像素級。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256×256的搜索窗口,依據(jù)最小平均平方差函數(shù)進行粗配準。方位向濾波后,在副圖像上均勻選取幾百個64×64的窗口,對主副圖像做間隔為0.1像元的插值后,再以最小平均平方差函數(shù)進行精配準。設定閾值選取可靠的控制點,經(jīng)過一致

4、性檢測后,根據(jù)這些控制點,由二維多項式擬合方程計算出主副圖像上對應像素間的配準關系。最后,采用升余弦插值核進行插值,計算副圖像各像素的偏移。將配準后的兩幅ENVISAT圖像進行干涉和濾波處理,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。在避開路徑進行相位積分時,由路徑引起的解纏誤差更小,也不會形成孤立的不解纏區(qū)域,提高了相位解纏的精度。同時,該方法有很好的并行性,利用并行計算機計算能夠大大加快運算速度。將該算法分別應用于仿真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。實驗結果表明:該算法可有效用于不同復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、針對大尺度密集殘差點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)域的異性殘差點并建立枝切線。后者由圖像中心向外逐步擴展,建立搜索窗口,搜索并連接最近距離的異性殘差點。前者適用于殘差點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,避免了殘差點的多次連接,且提高了解纏精度

7、。實驗結果表明,本文提出的兩種算法具有解纏精度高,運算速度快等優(yōu)點。尤其適用于尺寸較大、殘差點較密集的干涉圖像。
　　 本文提出了一種構造不同質(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算,構造了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,進而構造了多景不同殘差點數(shù)量的相干數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)能夠對各種I