一种多基地星载干涉SAR系统测量陡峭地形的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多基地星载干涉SAR系统测量陡峭地形的方法，主要解决低信噪比条件下陡峭地形、突变地形的高程测量问题，该方法在中国余数定理或ML等方法的基础上，利用聚类处理、坏值判断、加权均值滤波及子区域聚类高程信息修正的方法，对信噪比条件下的相位信息进行了恢复，并对解缠绕后估计得到的相位进行了二次修正，提高了测量精度及稳健性，且运算速度较快，本方法能够精确地恢复陡峭地形的高程信息，且适应性广，可对三维地形进行高精度测绘。

【技术实现步骤摘要】
一种多基地星载干涉SAR系统测量陡峭地形的方法
本专利技术涉及一种多基地星载干涉SAR系统测量陡峭地形的方法，即陡峭地形多基线干涉高程测量方法，属于空间微波遥感测量
，所述的多基地是指卫星的数量大于等于3个，陡峭地形是指由高程突变引起的相邻像素之间的相位差大于π的地形。
技术介绍
利用多基地星载SAR(合成孔径雷达)，形成交轨高程基线，可实现地面高程测量，传统的单基线干涉相位解缠绕基于相位连续性假设，即要求任意相邻像素的绝对相位差小于π，因此单基线InSAR系统只能对地形变化较为平坦的区域有效。但是，并不是所有的实际场景都服从这个假设。陡峭地形等高程突变区域不满足任意相邻像素的绝对相位差小于π的假设，且容易导致阴影区存在。因此，传统的单基线相位解缠绕方法将无法获取该区域的真实相位。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多基地星载干涉SAR系统测量陡峭地形的方法，该方法通过子区域聚类高程信息修正方法，对解缠绕后估计得到的相位进行了二次修正，提高了测量精度及稳健性，且运算速度较快。本专利技术的技术解决方案是：一种多基地星载InSAR系统测量陡峭地形的方法，该方法的步骤包括：(1)利用InSAR系统中的卫星对目标区域分别进行SAR成像；(2)对步骤(1)得到的图像进行图像配准及两两干涉处理，得到缠绕相位SAR干涉图像，再对得到的缠绕相位SAR干涉图像进行去平地相位处理；(3)对步骤(2)得到的去平地相位处理后的缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理，得到缠绕相位SAR干涉图像的模糊数；(4)根据步骤(3)得到的缠绕相位SAR干涉图像的模糊数对目标区域内的每个像素点进行模糊矢量的计算；(5)利用聚类算法对步骤(4)得到的模糊矢量进行修正处理；(6)根据步骤(5)得到的修正后的模糊矢量对缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理，得到缠绕相位SAR干涉图像准确的模糊数，并得到解缠后的准确干涉相位图；(7)对步骤(6)得到的准确干涉相位图进行残次点鉴别，然后对残次点进行滤波处理。所述的步骤(1)中，InSAR系统包括卫星1、卫星2、卫星3、…卫星N，N为自然数，利用卫星1对目标区域进行SAR成像，得到图像1，利用卫星2对目标区域进行SAR成像，得到图像2，…利用卫星N对目标区域进行SAR成像，得到图像N。所述的步骤(2)中，对步骤(1)得到的图像1、图像2、…、图像N进行图像配准，图像配准完成后，对图像1、图像2、…、图像N进行两两干涉处理，获取基线互质的N幅缠绕相位SAR干涉图像，对得到的N副缠绕相位SAR干涉图像进行去平地相位处理。所述的步骤(3)中，对步骤(2)获得的N幅缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理的方法为：其中，λ为波长，R1表示InSAR系统中参考星斜距；θ0表示参考星下视角，φi表示步骤(2)得到的缠绕相位SAR干涉图像i的干涉相位；i＝1，2，3…N；B⊥i表示φi对应的缠绕相位SAR干涉图像i的有效基线长度，得到如下关系式：其中其中，i＝1,2,3...N，即为对应的缠绕相位，且ki是整数，表示缠绕相位图的模糊数，得到其中，Bi表示φi对应的缠绕相位SAR干涉图像i的基线长度，基线长度B1，B2，…，Bi…，BN通过测量得到，缠绕相位即为差分相位，都为已知量，可通过求解同余方程组解得唯一解k1，k2，…，kN。所述的步骤(4)中，计算目标区域的每个像素点的模糊矢量的方法为：对模糊矢量定义为同一像素在各个干涉图像的模糊数所组成的矢量，像素点p对应的模糊数为nk(p),k＝1,...,N则像素点p对应的模糊矢量为N(p)＝[n1(p),n2(p),...,nN(p)](4)。所述的步骤(5)中，利用聚类算法对步骤(4)得到的模糊矢量进行修正处理的方法为：定义模糊矢量相同的像素点为一个模糊组，对每个像素点的模糊矢量进行聚类处理，统计模糊矢量直方图，求取直方图包络曲面的中心作为聚类中心，确定聚类中心为一个模糊组的标准模糊矢量，计算每一个像素点与各标准模糊矢量的距离，以距离最近为原则，确定每一个像素点所在的模糊组，根据模糊组，确定每个像素点的准确模糊矢量，完整修正处理。所述的步骤(7)中，对残次点进行滤波处理，的表达式如下：其中，q'为与残次点q相邻的像素点，φfilter(q)表示残次点的滤波后的相位；φ(q')为像素点q'的相位；Nq为与残次点q相邻的所有像素集合，μq'为像素点q'对应的加权系数。残次点q相邻的像素点q'的选择方法为：以残次点为中心，生成若干个子区域，对子区域进行聚类处理，如果残次点周围地形为缓变过程，则残次点周围像素会聚为一类，采用加权均值滤波的方法，即可修正残次点。残次点q相邻的像素点q'的选择方法为：如果残次点周围为陡峭地形，则聚类至少产生两组分类，利用残次点周围像素点的模糊矢量，生成该残次点所在子区域的临时方向性模糊矢量，判断该临时方向性模糊矢量在该子区域内所属模糊组，该模糊组的像素点即为该残次点在子区域内加权均值滤波所需要样本，利用得到的样本进行加权均值滤波处理，即可得到陡峭地形附近残次点的修正值，对每个残次点进行逐个更新，得到最终测量的结果。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术提供了一种多基线干涉SAR系统测量陡峭地形的新方法，通过子区域聚类高程信息修正方法，对解缠绕后估计得到的相位进行了二次修正，提高了测量精度及稳健性，且运算速度较快。(2)本专利技术提出方法可直接应用于轻小型组网SAR卫星体系、快速响应XXX卫星体系等，在地形测绘、环境监测、资源勘察、灾害预警、农作物估产、森林调查等民用领域均有广泛应用，在军事方面也可以进行地形实时测绘，战场高精度侦察等应用，具有广阔和重要的应用前景和价值。(3)本专利技术的方法在中国余数定理或ML等方法的基础上，增加了聚类处理、坏值判断、加权均值滤波及子区域聚类高程信息修正的方法，提高高程重建精度及稳定度。附图说明图1本专利技术的方法流程示意图；图2为本专利技术多基地星载InSAR工作模式几何关系图；图3为本专利技术聚类相位解缠算法流程图；图4为本专利技术三基线星载InSAR系统示例工作模式图。图5为本专利技术临时方向性模糊矢量生成示意图。具体实施方式一种多基地星载InSAR系统测量陡峭地形的方法，所述的多基地星载InSAR系统包括卫星1、卫星2、卫星3、…卫星N，N为自然数，该方法的步骤包括：(1)利用卫星1对目标区域进行SAR成像，得到图像1，利用卫星2对目标区域进行SAR成像，得到图像2，…利用卫星N对目标区域进行SAR成像，得到图像N。所述的卫星1、卫星2、卫星3、…、卫星N在对目标区域进行成像时处于目标区域的不同等效相位中心；(2)对步骤(1)得到的图像1、图像2、…、图像N进行图像配准，图像配准完成后，对图像1、图像2、…、图像N进行两两干涉处理，获取基线互质的N幅缠绕相位SAR干涉图像，对得到的N副缠绕相位SAR干涉图像进行去平地相位处理；(3)对步骤(2)获得的N幅缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理，根据InSAR工作原理，可以建立以下等式：其中，λ为波长，R1表示InSAR系统中参考星斜距；θ0表示参考星下视角，φi表示步骤(2)得到的缠绕相位SAR干涉图像i的干涉相位；i＝1，2，3…N；B⊥i表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多基地星载InSAR系统测量陡峭地形的方法，其特征在于该方法的步骤包括：(1)利用InSAR系统中的卫星对目标区域分别进行SAR成像；(2)对步骤(1)得到的图像进行图像配准及两两干涉处理，得到缠绕相位SAR干涉图像，再对得到的缠绕相位SAR干涉图像进行去平地相位处理；(3)对步骤(2)得到的去平地相位处理后的缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理，得到缠绕相位SAR干涉图像的模糊数；(4)根据步骤(3)得到的缠绕相位SAR干涉图像的模糊数对目标区域内的每个像素点进行模糊矢量的计算；(5)利用聚类算法对步骤(4)得到的模糊矢量进行修正处理；(6)根据步骤(5)得到的修正后的模糊矢量对缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理，得到缠绕相位SAR干涉图像准确的模糊数，并得到解缠后的准确干涉相位图；(7)对步骤(6)得到的准确干涉相位图进行残次点鉴别，然后对残次点进行滤波处理。

【技术特征摘要】
1.一种多基地星载InSAR系统测量陡峭地形的方法，其特征在于该方法的步骤包括：(1)利用InSAR系统中的卫星对目标区域分别进行SAR成像；(2)对步骤(1)得到的图像进行图像配准及两两干涉处理，得到缠绕相位SAR干涉图像，再对得到的缠绕相位SAR干涉图像进行去平地相位处理；(3)对步骤(2)得到的去平地相位处理后的缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理，得到缠绕相位SAR干涉图像的模糊数；(4)根据步骤(3)得到的缠绕相位SAR干涉图像的模糊数对目标区域内的每个像素点进行模糊矢量的计算；(5)利用聚类算法对步骤(4)得到的模糊矢量进行修正处理；(6)根据步骤(5)得到的修正后的模糊矢量对缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理，得到缠绕相位SAR干涉图像准确的模糊数，并得到解缠后的准确干涉相位图；(7)对步骤(6)得到的准确干涉相位图进行残次点鉴别，然后对残次点进行滤波处理。2.根据权利要求1所述的一种多基地星载InSAR系统测量陡峭地形的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，InSAR系统包括卫星1、卫星2、卫星3、…卫星N，N为自然数，利用卫星1对目标区域进行SAR成像，得到图像1，利用卫星2对目标区域进行SAR成像，得到图像2，…利用卫星N对目标区域进行SAR成像，得到图像N。3.根据权利要求2所述的一种多基地星载InSAR系统测量陡峭地形的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，对步骤(1)得到的图像1、图像2、…、图像N进行图像配准，图像配准完成后，对图像1、图像2、…、图像N进行两两干涉处理，获取基线互质的N幅缠绕相位SAR干涉图像。4.根据权利要求3所述的一种多基地星载InSAR系统测量陡峭地形的方法，其特征在于：对得到的N副缠绕相位SAR干涉图像进行去平地相位处理。5.根据权利要求2所述的一种多基地星载InSAR系统测量陡峭地形的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，对步骤(2)获得的N幅缠绕相位SAR干涉图像进行解缠处理的方法为：其中，λ为波长，R1表示InSAR系统中参考星斜距；θ0表示参考星下视角，φi表示步骤(2)得到的缠绕相位SAR干涉图像i的干涉相位；i＝1，2，3…N；B⊥i表示φi对应的缠绕相位SAR干涉图像i的有效基线长度，得到如下关系式：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昕，党红杏，杨东，王万林，郭磊，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61