一种星载InSAR长短基线融合解缠方法技术

本发明专利技术公开了一种星载InSAR长短基线融合解缠方法，首先利用星载InSAR系统干涉处理流程分别反演出长基线和短基线的数字高程模型(简称DEM)。然后利用长基线和短基线图像中各个像素点对应地面点的三维坐标，再结合卫星参数和偏移量等数据，计算出长基线和短基线图像各自对应的垂直基线与有效基线，并且选择一合适的参考地面，计算出参考平面对应的长、短基线干涉相位。最后将之前获得的相关系数、参考平面相位、基线等作为辅助数据，利用最大似然法，进行长短基线相位数据的融合处理，这样便能得到精度更高的长基线解缠相位。本发明专利技术可以用于多基线干涉处理中，通过最大似然法融合长短基线解缠相位，能得到高质量的DEM；也可以用于干涉相位、高程等数据的融合处理。

【技术实现步骤摘要】
一种星载InSAR长短基线融合解缠方法
本专利技术涉及星载合成孔径雷达干涉处理领域，具体是指一种针对干涉合成孔径雷达(简称InSAR)的长短基线图像融合解缠方法。
技术介绍
InSAR测量是一种非常重要的空间对地面的测量技术，这种遥感技术是在不同的观测位置下获得多幅SAR图像，计算出两幅(多幅)SAR复图像对应于地面相同目标点的相位差，从而获得干涉相位数据，再将干涉相位进行相位展开，以此为信息源进而获得地表高程信息。因此相位展开是极其重要的环节，将直接影响高程产品的质量。为了得到更高准确的高程信息，可以利用多基线数据融合来提高InSAR系统的解缠成功率和相位估计精度。解缠的目的是将InSAR测量中模糊的干涉相位恢复到模糊之前的真实相位，从而保证能够用来正确反演地面高程。相位解缠的关键在于估计出相位梯度，然后沿着合适的路径积分，通过加减2π整数倍的方法进行相位展开。星载InSAR系统在长基线下虽然有较高的测高灵敏度，但是其干涉条纹较密集，在进行相位解缠时较困难；在短基线下由于模糊高度较高，测高精度相对较低，但是干涉相位展开的精度则比长基线高。所以尤其是在对较复杂的地形进行干涉测量时，此时不妨将长短基线干涉得到的真实相位数据进行融合处理，这样既能利用短基线相位高精度的特点，又能利用长基线测高的优势，从而实现地面高程精度的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了实现星载InSAR长基线解缠相位与短基线解缠相位的融合。通过分析星载InSAR干涉处理技术的基本原理，首先利用星载InSAR系统干涉处理流程分别反演出长基线和短基线的数字高程模型(简称DEM)。然后利用长基线和短基线图像中各个像素点对应地面点的三维坐标，再结合卫星参数和偏移量等数据，计算出长基线和短基线图像各自对应的垂直基线与有效基线，并且选择一合适的参考地面，计算出参考平面对应的长、短基线干涉相位。最后将之前获得的相关系数、参考平面相位、基线等作为辅助数据，利用最大似然法，进行长短基线相位数据的融合处理，这样便能得到精度更高的长基线解缠相位。一方面，本专利技术可以用于多基线干涉处理中，通过最大似然法融合长短基线解缠相位，能得到高质量的DEM；另一方面，本专利技术也可以用于干涉相位、高程等数据的融合处理。本专利技术采用的技术方案为：一种星载InSAR长短基线融合解缠方法，包括以下几个步骤：步骤一：利用长基线和短基线的两对SAR图像分别反演出对应区域地面点的DEM；步骤二：结合配准时的亚像素级偏移量，对长基线辅图像的卫星位置、卫星速度插值，将主星和辅星的斜距作差，计算出长基线图像中每个像素点对应的有效基线，然后再求出垂直基线。对短基线图像采取与上面相同的操作，获得相应的有效基线和垂直基线。步骤三：针对长基线和短基线，选取一合适的固定参考半径，分别推导此平面的三维坐标信息，然后计算出斜距并换算成与图像对应同一地面点的参考平面解缠相位。步骤四：将长、短基线的解缠相位都减去各自的参考平面相位，然后利用长短垂直基线比例和短基线去参考平面的相位，对长基线解缠相位进行校正。步骤五：结合长短基线解缠相位和相关系数，采用最大似然法，进行粗搜索后按垂直基线比例换算出长基线的解缠相位，然后再重复此步骤进行精搜索，获得更高精度的相位，再加上参考平面相位，最终得到融合之后的长基线解缠相位。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提出了一种全新的InSAR长短基线融合解缠方法。在此之前，关于融合解缠的方法只是利用短基线解缠相位和基线比例进行简单的模糊数计算，从而实现长短基线解缠相位的融合，没有人使用最大似然法对长短基线解缠相位进行更准确的融合处理。因此，本专利技术为InSAR长短基线融合处理提供了一种新的途径。(2)本专利技术还提出了在进行长短基线融合解缠时，去除解缠相位参考平面的新方法。此方法可以减小在融合时由于基线比例不准确而产生的误差，这也是本专利技术的创新点。(3)本专利技术在使用最大似然法进行数据融合时，先进行了粗搜索，再进行精搜索，不仅使得融合精度得到提高，还降低了计算的复杂度。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2是本专利技术中InSAR测高模型；图3是本专利技术中实施示例生成的短基线主图像；图4是本专利技术中实施示例生成的长基线主图像；图5是本专利技术中实施示例生成的短基线主辅图像相关系数；图6是本专利技术中实施示例生成的短基线主辅图像干涉相位；图7是本专利技术中实施示例生成的长基线主辅图像相关系数；图8是本专利技术中实施示例生成的长基线主辅图像干涉相位；图9是本专利技术中实施示例生成的短基线解缠相位；图10是本专利技术中实施示例生成的长基线解缠相位；图11是采用本专利技术方法将短基线解缠相位减去参考平面相位后的解缠相位；图12是采用本专利技术方法将长基线解缠相位减去参考平面相位后的解缠相位；图13是利用本专利技术所述新方法长短基线融合解缠得到的解缠相位。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种星载InSAR长短基线图像解缠方法，总流程如图1所示，包括以下几个步骤：步骤一、利用长基线和短基线的两对SAR图像分别反演出对应区域地面点的DEM。首先进行短基线干涉处理得到短基线下地形的DEM，假设短基线的两幅SAR图像分别为u1和u2，将u1作为主图像，u2作为辅图像。对短基线的两幅SAR图形做配准处理，要求达到亚像素级。在处理实际的SAR图像时，由于往往存在相干性特别差的低相干区域，所以在粗配准时选择较为稳健的实相关函数法，达到像素级配准精度。但是像素级配准精度一般无法满足现有的处理要求，所以还需要进行精配准使得干涉条纹更加清晰。所以在粗配准后，将主图像和辅图像分为许多小块，然后对每个小块插值，并使用高相干区域低误差的复相关函数法实现亚像素级配准。其中，粗配准采取的实相关函数的数学原理如下式：其中：ρr表示实相关函数，u1和u2分别表示SAR主图像和SAR辅图像，(x,y)表示滑窗中心点的坐标，(m,n)为像素中心点的坐标，M、N是图像的尺寸大小；|·|表示取幅度值。精配准采用的复相关函数的数学原理如下式：其中：ρc表示复相关函数，u1′和u2′分别表示粗配准之后的主图像和辅图像，(x,y)表示滑窗中心点坐标，(m,n)表示小块图像插值后的像素中心点坐标，M、N是图像的尺寸大小；|·|表示取幅度值，*表示对复数据求共轭。将精配准后的SAR主图像和辅图像进行共轭相乘处理，再求取其结果的相位值，便可得到干涉条纹。再利用非线性相位滤波模型，对干涉条纹进行斜坡自适应滤波处理，再使用质量图引导法解缠滤波后的干涉相位，这样便可得到解缠相位。结合控制点的先验信息可以得到解缠相位与真实相位之间的差值，从而求出需要补偿的相位常数，乘上2π的整数倍后与解缠相位相加便可得到绝对相位。InSAR数字高程重建的空间几何关系如图2所示，其中：A1和A2分别表示主卫星和辅卫星；θ为第一部雷达天线的视角；Re是地球半径；B为两部雷达天线的距离，即基线长度；ξ是基线的倾角；H是第一部雷达与地面的垂直距离；r表示主雷达天线与目标点的距离；Bv和Bh分别表示垂直基线和水平基线长度。根据这个空间几何关系可以推导出地形的高程h为：但是为了得到地面的三维坐标，还需要结合距离-多普勒参数模型采用牛顿迭代法，从而计算出短基线SAR图像中每个地面目标点对应的位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载InSAR长短基线融合解缠方法，其特征在于：该方法包括以下几个步骤：步骤一：利用长基线和短基线的两对SAR图像分别反演出对应区域地面点的DEM；步骤二：结合配准时的亚像素级偏移量，对长基线辅图像的卫星位置、卫星速度插值，将主星和辅星的斜距作差，计算出长基线图像中每个像素点对应的有效基线，然后再求出垂直基线，对短基线图像采取与上面相同的操作，获得相应的有效基线和垂直基线；步骤三：针对长基线和短基线，选取一合适的固定参考半径，分别推导此平面的三维坐标信息，然后计算出斜距并换算成与图像对应同一地面点的参考平面解缠相位；步骤四：将长、短基线的解缠相位都减去各自的参考平面相位，然后利用长短垂直基线比例和短基线去参考平面的相位，对长基线解缠相位进行校正；步骤五：结合长短基线解缠相位和相关系数，采用最大似然法，进行粗搜索后按垂直基线比例换算出长基线的解缠相位，然后再重复此步骤进行精搜索，获得更高精度的相位，再加上参考平面相位，最终得到融合之后的长基线解缠相位。

【技术特征摘要】
1.一种星载InSAR长短基线融合解缠方法，其特征在于：该方法包括以下几个步骤：步骤一：利用长基线和短基线的两对SAR图像分别反演出对应区域地面点的DEM；步骤二：结合配准时的亚像素级偏移量，对长基线辅图像的卫星位置、卫星速度插值，将主星和辅星的斜距作差，计算出长基线图像中每个像素点对应的有效基线，然后再求出垂直基线，对短基线图像采取与上面相同的操作，获得相应的有效基线和垂直基线；步骤三：针对长基线和短基线，选取一合适的固定参考半...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐华平，高帅，李硕，尤亚楠，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11