一种船载SAR交轨干涉处理方法技术

本发明专利技术公开一种船载SAR交轨干涉处理方法，包括以下步骤：前置滤波、块影像粗配准、块影像精配准、影像全局精配准、干涉图滤波、相位解缠、基于图像同名点的基线估计和基于控制点的基线估计；本发明专利技术包括主辅影像滤波、配准、干涉计算和干涉图的滤波、相位解缠等工作，针对船载双天线SAR的成像特点，图像配准采用了分块配准方法，利用块影像粗配准和块影像精配准，提高图像的相干系数，达到了较高的相干性；通过干涉图滤波确保了相干信息和滤波的结果在同一位置具有同样的大小，避免了滤波结果被重叠部分的相干值影响；通过基于图像同名点的基线估计方法和基于控制点的基线估计方法，实现毫米甚至亚毫米级的基线估计精度。

【技术实现步骤摘要】
一种船载SAR交轨干涉处理方法
本专利技术涉及交轨干涉处理
，尤其涉及一种船载SAR交轨干涉处理方法。
技术介绍
根据InSAR平台和使用条件的不同，获取InSAR干涉数据的干涉模式主要有三种：交轨干涉测量、顺轨于涉测量和重复轨道干涉测量，顺轨干涉测量两天线所构成的直线方向与飞行方向平行，干涉相位差由地面目标的多普勒特性的差别引起，利用干涉测量技术就可以得到二维地面上的运动目标，实现动目标的监测，重复轨道干涉测量为同一幅天线不同时刻获得SAR数据进行干涉处理，利用该模式进行地形测绘或地表形变监测时，要求较精确的轨道信息和重复观测，这种模式最为成熟，应用也最为广泛，一般用于星载SAR平台，监测范围大，时间跨度较长，交轨干涉模式天线所构成的直线方向与飞行方向垂直，时间基线为零，能保证较强的相干性，干涉相位差由主辅天线与地面目标物之间的路径差造成，如果能够获取干涉系统的几何参数，就可以将相位信息转换成高程信息，从而得到地面点的三维坐标，建立相应地区的三维地形图，因此，该模式常用于地形制图和地形变化监测，既可运用于星载平台，也可用于机载平台以及位于更低成像高度的平台，如船载、船载以及无人机载等；船载InSAR一般采用交轨干涉测量的形式，因为船载平台对应的成像视角变化一般较大，然而，现有技术中，难以保证主辅影像的强时间相干性，相干系数低，滤波结果容易重叠，基线估计精度低，影响后续计算精度，因此，本专利技术提出一种船载SAR交轨干涉处理方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种船载SAR交轨干涉处理方法，该船载SAR交轨干涉处理方法包括主辅影像滤波、配准、干涉计算和干涉图的滤波、相位解缠等工作，针对船载双天线SAR的成像特点，图像配准采用了分块配准方法，利用块影像粗配准和块影像精配准，提高图像的相干系数，达到了较高的相干性。为实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种船载SAR交轨干涉处理方法，包括以下步骤：步骤一：前置滤波从频谱特性考虑干涉图的前置滤波，即滤波的操作针对影像的频谱进行，由于主辅影像方位向和距离向的频谱不完全重叠，在精配准之前对主辅影像进行距离向滤波和方位向滤波，降低频谱偏移去相干，由于成像时船载平台的位置和地面目标点之间存在着相对运动导致接收到的频率经历了多普勒频移，多普勒频率表达式为：其中，Λs为传感器斜角，θ为雷达视角，v为雷达平台对地面速度，λ为波长，干涉处理中主辅图像对同一地面分辨率单元成像时，由于θ不同导致多普勒中心频率DCFM与DCFS不同，主辅影像的多普勒中心频率存在较大的差异，频谱偏移为：ΔfΛ＝fDCFm-fDCFs(2)频谱偏移导致主辅影像的去相干，利用Bw表示方位向带宽，利用f1,f2分别表示主辅图像考虑多普勒效应后的中心频率，利用Bnew表示滤波后新的方位向带宽，则Bnew满足:Bnew＝Bw-|f1-f2|＝Bw-|fDC-fD'C|(3)在式(3)中，当|fDC-fDC'|>BW，则两幅图像方位向频谱没有重叠部分，两幅图像毫不相干，无法生成干涉图，由此得到两幅图像的多普勒质心对生成的干涉图的质量至关重要，采用矩形滤波器、Hamming滤波器进行方位向滤波；矩形滤波器：Hamming滤波器：其中：α∈(0,1)，实际运算时常取α＝0.75；步骤二：块影像粗配准对主辅影像A和B进行分块，得到块影像集合{A1,A2,…,Am}和{B1,B2,…,Bm}，块的大小根据成像地区复杂性进行调整，基于块影像间的精准偏移量{Δ1,Δ2,…,Δm}得到全图整体偏移量，先基于块影像间的精准偏移量，得到全图整，偏移量，先，于轨道参数获得初始偏移量，配准初始偏移量为主图像块与辅图像块间得到的初始偏移量，将主辅影像块的中心点对应计算得到的偏移量作为配准初始偏移量即：psla(m,n)＝pmas(m,n)+offset(m,n)(6)式中pmas(m,n)表示主影像块中心点，psla(m,n)为辅影像块中心点，offset(m,n)表示两者偏移量，由于船载交轨干涉SAR得到的主辅影像及其相似，影像偏移量与基线相关，配准初始偏移量计算精度在5个像元以内，利用成像几何模型，首先计算主影像块中心点对应的地面坐标，然后求出地面点在辅图像上的对应点的坐标，从而解得主辅图像块的配准初始偏移量，根据成像模型计算主图像块的中心点对应的地面位置矢量psla(m,n)，即：式中，fD为多普勒频率，λ为波长，R为斜距，然后采用牛顿迭代法，求解出p(Xt,Yt,Zt)在辅图像上的对应点psla(m,n)所对应的方位向时间t，同样，初始值t0用辅图像中心点所对应的时间表示，在得到点psla(m,n)所对应的方位向时间t后，得到辅图像上的行m和卫星的位置，再计算该点对应的斜距R，从而解求出距离向时间，最后得到辅图像上的列n，将同一点在两幅图像上的坐标相减即得到两幅图像的偏移；然后基于匹配测度进行块影像的像元级配准，在影像的空间域、频率域进行，根据粗匹配结果在辅图像上选取搜索窗口，然后根据配准评价指标计算主影像块和窗口的相似程度，通过移动搜索窗得到最佳配准量，达到像元级的配准精度，每个主影像块计算得到辅影像对应的像元级偏移量，对于每一个待匹配的主影像块，在搜索范围内滑动窗口取得辅影像块，计算主辅影像块的配准评价参数，选择相关系数作为配准的指标，相关系数最大时得到像元匹配量：其中：corr为相关系数；gi，j；gi+r，j+c为主辅影像对应点处的振幅强度；m,n为匹配窗的大小，r,c为粗匹配的偏移量；步骤三：块影像精配准块影像精配准是得到辅影像对应主块影像的子像素级偏移量的过程，先基于原始图像过采样数据进一步寻找精确的配准位置，称之像元过采样匹配法，将主辅影像本身进行过采样处理，插值的间隔决定了过采样的程度，对图像进行插值采样将图像放大，之后采用复影像的配准方法逐点计算匹配测度，寻找可靠的相对偏移量估算值，在这一步中选择小窗口，但窗口的数目增多，以进行相应的数据拟合，由于窗口大小变小，增大搜索窗的大小多次计算，来防止出现最大相干偏差，当相对偏移量保持稳定，表明这个估算值可靠，否则开始新一轮搜索；步骤四：影像全局精配准根据步骤三得到辅影像对应每块主影像子像元级配准偏移量，通过插值，到整个主辅，像的配准偏移量，差值通过一维三次样条函数插值条件实现：其中xi，Δi分别为块中心点像元坐标和配准偏移量，S(x)为得到的插值函数，偏移量是二维的，包含距离向和方位向偏移量，将二维配准偏移量的插值转化为二次一维三次样条插值即可；步骤五：干涉图滤波由干涉图的特点可知，由于受到各种因素的影响，干涉图中不可避免的含有大量的噪声，干涉图滤波就是去除和抑制干涉图噪声的过程，因此利用Goldstein和Werner针对干涉条纹特性提出的一种自适应滤波方法，表达式如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船载SAR交轨干涉处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：前置滤波/n从频谱特性考虑干涉图的前置滤波，即滤波的操作针对影像的频谱进行，由于主辅影像方位向和距离向的频谱不完全重叠，在精配准之前对主辅影像进行距离向滤波和方位向滤波，降低频谱偏移去相干，由于成像时船载平台的位置和地面目标点之间存在着相对运动导致接收到的频率经历了多普勒频移，多普勒频率表达式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种船载SAR交轨干涉处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：前置滤波
从频谱特性考虑干涉图的前置滤波，即滤波的操作针对影像的频谱进行，由于主辅影像方位向和距离向的频谱不完全重叠，在精配准之前对主辅影像进行距离向滤波和方位向滤波，降低频谱偏移去相干，由于成像时船载平台的位置和地面目标点之间存在着相对运动导致接收到的频率经历了多普勒频移，多普勒频率表达式为：



其中，Λs为传感器斜角，θ为雷达视角，v为雷达平台对地面速度，λ为波长，干涉处理中主辅图像对同一地面分辨率单元成像时，由于θ不同导致多普勒中心频率DCFM与DCFS不同，主辅影像的多普勒中心频率存在较大的差异，频谱偏移为：



频谱偏移导致主辅影像的去相干，利用Bw表示方位向带宽，利用f1,f2分别表示主辅图像考虑多普勒效应后的中心频率，利用Bnew表示滤波后新的方位向带宽，则Bnew满足:
Bnew＝Bw-|f1-f2|＝Bw-|fDC-f'DC|(3)
在式(3)中，当|fDC-fDC'|>BW，则两幅图像方位向频谱没有重叠部分，两幅图像毫不相干，无法生成干涉图，由此得到两幅图像的多普勒质心对生成的干涉图的质量至关重要，采用矩形滤波器、Hamming滤波器进行方位向滤波；
矩形滤波器：



Hamming滤波器：



其中：α∈(0,1)，实际运算时常取α＝0.75；
步骤二：块影像粗配准
对主辅影像A和B进行分块，得到块影像集合{A1,A2,…,Am}和{B1,B2,…,Bm}，块的大小根据成像地区复杂性进行调整，基于块影像间的精准偏移量{Δ1,Δ2,…,Δm}得到全图整体偏移量，先基于轨道参数获得初始偏移量，配准初始偏移量为主图像块与辅图像块间得到的初始偏移量，将主辅影像块的中心点对应计算得到的偏移量作为配准初始偏移量即：
psla(m,n)＝pmas(m,n)+offset(m,n)(6)
式中pmas(m,n)表示主影像块中心点，psla(m,n)为辅影像块中心点，offset(m,n)表示两者偏移量，由于船载交轨干涉SAR得到的主辅影像及其相似，影像偏移量与基线相关，配准初始偏移量计算精度在5个像元以内，利用成像几何模型，首先计算主影像块中心点对应的地面坐标，然后求出地面点在辅图像上的对应点的坐标，从而解得主辅图像块的配准初始偏移量，根据成像模型计算主图像块的中心点对应的地面位置矢量psla(m,n)，即：



式中，fD为多普勒频率，λ为波长，R为斜距，然后采用牛顿迭代法，求解出p(Xt,Yt,Zt)在辅图像上的对应点psla(m,n)所对应的方位向时间t，同样，初始值t0用辅图像中心点所对应的时间表示，在得到点psla(m,n)所对应的方位向时间t后，得到辅图像上的行m和卫星的位置，再计算该点对应的斜距R，从而解求出距离向时间，最后得到辅图像上的列n，将同一点在两幅图像上的坐标相减即得到两幅图像的偏移；
然后基于匹配测度进行块影像的像元级配准，在影像的空间域、频率域进行，根据粗匹配结果在辅图像上选取搜索窗口，然后根据配准评价指标计算主影像块和窗口的相似程度，通过移动搜索窗得到最佳配准量，达到像元级的配准精度，每个主影像块计算得到辅影像对应的像元级偏移量，对于每一个待匹配的主影像块，在搜索范围内滑动窗口取得辅影像块，计算主辅影像块的配准评价参数，选择相关系数作为配准的指标，相关系数最大时得到像元匹配量：






其中：corr为相关系数；gi，j；gi+r，j+c为主辅影像对应点处的振幅强度；m,n为匹配窗的大小，r,c为粗匹配的偏移量；
步骤三：块影像精配准
块影像精配准是得到辅影像对应主块影像的子像素级偏移量的过程，先基于原始图像过采样数据进一步寻找精确的配准位置，称之像元过采样匹配法，将主辅影像本身进行过采样处理，插值的间隔决定了过采样的程度，对图像进行插值采样将图像放大，之后采用复影像的配准方法逐点计算匹配测度，寻找可靠的相对偏移量估算值，在这一步中选择小窗口，但窗口的数目增多，以进行相应的数据拟合，由于窗口大小变小，增大搜索窗的大小多次计算，来防止出现最大相干偏差，当相对偏移量保持稳定，表明这个估算值可靠，否则开始新一轮搜索；
步骤四：影像全局精配准
根据步骤三得到辅影像对应每块主影像子像元级配准偏移量，通过插值，到整个主辅，像的配准偏移量，差值通过一维三次样条函数插值条件实现：



其中xi，Δi分别为块中心点像元坐标和配准偏移量，S(x)为得到的插值函数，偏移量是二维的，包含距离向和方位向偏移量，将二维配准偏移量的插值转化为二次一维三次样条插值即可；
步骤五：干涉图滤波
由干涉图的特点可知，由于受到各种因素的影响，干涉图中不可避免的含有大量的噪声，干涉图滤波就是去除和抑制干涉图噪声的过程，因此利用Goldstein和Werner针对干涉条纹特性提出的一种自适应滤波方法，表达式如下：
H(u,v)＝S{|Z(u,v)|}αZ(u,v)(10)
其中，H(u,v)是滤波响应；S{}是平滑项；u和v是空间频率，α是滤波参数，取值范围为[0，1]，α值越大滤波效果越显著，
然后在Goldstein...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，马洪琪，肖海斌，潘斌，迟福东，程翔，陈鸿杰，马刚，周志伟，
申请(专利权)人：武汉大学，华能澜沧江水电股份有限公司，华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42