本发明专利技术公开了一种基于相关加权的干涉合成孔径雷达干涉相位估计方法。该方法的实现过程为：用传统的相关法以主图像１为参考对副图像２进行粗配准，得到粗配准图像３；利用主图像１和粗配准图像３，构造相关加权观测矢量ｓｉ（ｉ，ｗ（ｉ））；根据相关加权观测矢量估计协方差矩阵Ｃ↓［ｓｉ］（ｉ，ｗ（ｉ））；由协方差矩阵得到代价函数Ｊ↓［ＢＦ］；通过代价函数估计干涉相位，即用导向矢量和协方差矩阵进行波束扫描，并将波束形成的输出功率最大值所对应的干涉相位作为干涉相位估计结果。本发明专利技术具有运算量小和估计干涉相位准确之优点，可用于在合成孔径雷达ＳＡＲ图像配准精度很差的条件下对其相应像素间的干涉相位进行准确地估计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雷达探测
，具体的说是一种基于相关加权联合单像素模 型的干涉合成孔径雷达干涉相位估计方法，可以在合成孔径雷达SAR图像配准 精度很差的条件下准确地估计相应像素间的干涉相位。
技术介绍
干涉合成孔径雷达InSAR是获取地面数字高程图的重要遥感技术。InSAR 技术中的三大关键处理步骤是SAR图像配准、干涉相位估计即干涉相位噪声滤 波和相位展开。若图像配准的精度较差时，将使后面的相位展开难以获得令人满 意的结果。因为传统的相位展开方法，例如枝切法、区域增长法和最小二乘LS 算法的性能受图像配准精度的影响很大，都要求图像配准的精度达到1/10 1/100个分辨单元，否则将会严重影响相位展开的性能。然而，对于相干性较低和 不同几何形变的两幅图像，精确配准会存在困难。因此，研究对图像配准误差具 有强稳健的干涉相位估计方法，具有重要的实用价值。目前，对图像配准误差稳健的干涉相位估计方法主要有以下几种1. 李真芳等人在2006年的IEEE Trans. On GRS上发表的文章《Image Auto-Coregistration and InSAR Interferogram Estimation Using Joint Subspace Projection》中，由于利用了相邻像素的相干信息和空间投影技术，虽然可以在 存在配准误差时获得满意的干涉相位估计结果，但是在估计干涉相位时首先要确 定噪声子空间维数，若噪声子空间维数估计不准，必定影响干涉相位的估计结果。2. 李海等人在2007年电子学报第三期上发表的文章《InSAR自适应图像配准的干涉相位估计方法》中，提出基于加权联合单像素模型的干涉相位估计方法，虽然在估计干涉相位时不需要确定噪声子空间维数，但是在估计干涉相位时需要首先确定配准误差方向，并且确定最优权值时需要搜索，因此计算量较大。 专利技术的内容本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种计算量小的基于相关 加权的干涉合成孔径雷达干涉相位估计方法，以解决在SAR图像配准精度很差条件下可准确估计相应像素间的干涉相位问题。 实现本专利技术目的方法如下A.用传统的相关法以主图像1为参考对副图像2进行粗配准，得到粗配准图像3;.B.利用主图像1和粗配准图像3，构造相关加权观测矢量si(/,w(0)， si(/,w(/)) = ;E.通过代价函数估计干涉相位，即用导向矢量和协方差矩阵进行波束扫描，并将波束形成的输出功率最大值所对应的干涉相位纟作为干涉相位估计结果。 本专利技术与现有技术相比，具有以下优点(1) 采用相关加权联合单像素模型，能够同时利用空域和复图像域的信 息，比直接利用空域信息的处理结果更精确；(2) 直接用相关系数对观测矢量进行加权，不需要搜索，大大降低运算量；(3) 可以在SAR图像配准精度很差的条件下准确地估计相应像素间的干 涉相位对本专利技术的目的、特征、优点可通过如下附图和实例详细描述。 附图说明图l是本专利技术的方法流程图；图2是本专利技术构造相关加权观测矢量的主图像1和粗配准图像3示意图； 图3 (a)是精确配准时采用现有中值滤波方法对干涉相位图的处理结果； 图3 (b)是配准误差为0.5像素时采用现有中值滤波方法对干涉相位图的 处理结果；图3 (c)是配准误差为l个像素时采用现有中值滤波方法对干涉相位图的 处理结果；图4 (a)是精确配准时采用现有均值滤波方法对干涉相位图的处理结果； 图4 (b)是配准误差为0.5像素时采用现有均值滤波方法对干涉相位图的 处理结果；图4 (c)是配准误差为1个像素时采用现有均值滤波方法对干涉相位图的 处理结果；图5 (a)是精确配准时采用本专利技术方法得到的干涉相位图； 图5 (b)是配准误差为0.5像素时采用本专利技术方法得到的干涉相位图； 图5 (c)是配准误差为1个像素时采用本专利技术方法得到的干涉相位图； 图6 (a)是对两幅实测SAR图像经过粗配准后生成的干涉相位图； 图6 (b)是采用本专利技术方法对两幅实测SAR图像进行处理得到的干涉相 位图。具体实施方式参照图l，实现本专利技术的过程如下 1.图像粗配准在得到的主、副两幅SAR图像中，以主图像1为参考利用传统的相关法对 副图像2进行图像粗配准处理，得到粗配准图像3，在该图像粗配准处理中,不要 求像传统的干涉相位估计方法那样要求图像配准的精度必须达到亚像素级即配 准精度要达到1/10到1/100像素，只要求图像配准精度达到像素级，即配准精度 允许达到一个分辨单元就够了，因此大大减轻了图像配准的难度。2.构造相关加权观测矢量利用主图像1和粗配准图像3，构造相关加权观测矢量si(/,w(z'))，主图像l 和粗配准图像3如图2所示，具体构造过程如下a.分别计算主图像1中像素Z与粗配准图像3中像素m的相关系数为2 1y3(ff7 + Ar)1s1*(/ + Ar)S |s3(w+W|2 Z h(/ + A:)|2CD附=/ — 4， / 一 3， f 一 2， / — 1, /, / + 1, / + 2， / + 3, / + 4其中^和^分别为主图像1和粗配准图像3所对应的复图像数据，/表示当前要计算的主图像1和粗配准图像3的像素标号，上标*表 示共轭操作；2《+ 1为从相邻像素中获得的独立同分布样本数；b.用所得到的相关系数&(附,/)分别对粗配准图像3中的像素附进行加权，得到元素^^(/,w①)，公式如下sw(/，W(/)) = Wr(/)s3v(/) (2)式中s3v (0 = rw(/) = 其中上标r表示转置操作；C.用主图像1中的像素/和得到的元素A『(/,W(/))构造相关加权观测矢量为si(/，w(/)) = w(/))]r = ,,Wr(0s3v(/)r (5)3. 估计协方差矩阵 用相关加权观测矢量si(z',w(/))估计相应的协方差矩阵C^,w(0),公式如下<formula>formula see original document page 8</formula>(6)式中￡表示统计平均，上标Z/表示共轭转置操作；4. 估计干涉相位a.由协方差矩阵得到代价函数<formula>formula see original document page 8</formula>) (7)式中<formula>formula see original document page 8</formula>称为导向矢量，《的取值范围是Hr,;r]; b.通过代价函数估计干涉相位，即用导向矢量和协方差矩阵进行波束扫描， 并将波束形成的输出功率最大值所对应的干涉相位《作为干涉相位估计结果， 过程如下ba. 以O.Ol弧度为步长，将^在范围内的每一个取值代入代价函数AF 中，分别计算其结果；bb. 对所计算的结果进行排列，找出其中的最大值，即波束形成输出功率的 最大值；bc. 将找到的最大值所对应的相位《，作为干涉合成孔径雷达的干涉相位估 计结果；对主图像1和粗配准图像3中的每一像素分别执行上述四步操作，就可以得 到整个地形的干涉相位图；5. 用所估计的干涉相位结果进行后续的相位展开，得到图像本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于相关加权的干涉合成孔径雷达干涉相位估计方法，包括如下过程：Ａ．用传统的相关法以主图像（１）为参考对副图像（２）进行粗配准，得到粗配准图像（３）；Ｂ．利用主图像（１）和粗配准图像（３），构造相关加权观测矢量ｓｉ（ｉ，ｗ （ｉ）），ｓｉ（ｉ，ｗ（ｉ））＝［ｓ↓［１］（ｉ），ｓ↓［３Ｗ］（ｉ，ｗ（ｉ））］↑［Ｔ］＝［ｓ↓［１］（ｉ），ｗ↑［Ｔ］（ｉ）ｓ↓［３ｖ］（ｉ）］↑［Ｔ］式中ｓ↓［３Ｗ］（ｉ，ｗ（ｉ））＝ｗ↑［Ｔ］（ｉ）ｓ↓［３ｖ］（ｉ） ｗ（ｉ）＝［ｒ↓［３１］（ｉ－４，ｉ），ｒ↓［３１］（ｉ－３，ｉ），ｒ↓［３１］（ｉ－２，ｉ），ｒ↓［３１］（ｉ－１，ｉ），ｒ↓［３１］（ｉ，ｉ），ｒ↓［３１］（ｉ＋１，ｉ），ｒ↓［３１］（ｉ＋２，ｉ），ｒ↓［３１］（ｉ＋３，ｉ）， ｒ↓［３１］（ｉ＋４，ｉ）］↑［Ｔ］ｓ↓［３ｖ］（ｉ）＝［ｓ↓［３］（ｉ－４），ｓ↓［３］（ｉ－３），ｓ↓［３］（ｉ－２），ｓ↓［３］（ｉ－１），ｓ↓［３］（ｉ），ｓ↓［３］（ｉ＋１），ｓ↓［３］（ｉ＋２），ｓ↓［３］（ｉ＋３），ｓ ↓［３］（ｉ＋４）］↑［Ｔ］＊＊＊ｍ＝ｉ－４，ｉ－３，ｉ－２，ｉ－１，ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，ｉ＋３，ｉ＋４其中ｓ↓［１］和ｓ↓［３］分别为主图像（１）和粗配准图像（３）所对应的复图像数据，ｉ表示当前要计算的主图 像（１）和粗配准图像（３）的像素标号，２Ｋ＋１为从相邻像素中获得的独立同分布样本数，上标Ｔ表示转置操作，上标＊表示共轭操作；Ｃ．根据相关加权观测矢量估计协方差矩阵为Ｃ↓［ｓｉ］（ｉ，ｗ（ｉ））＝Ｅ｛ｓｉ（ｉ， ｗ（ｉ））ｓｉ↑［Ｈ］（ｉ，ｗ（ｉ））｝式中Ｅ表示统计平均，上标Ｈ表示共轭转置操作；Ｄ．由协方差矩阵得到代价函数：Ｊ↓［ＢＦ］＝ａ↑［Ｈ］（φ↓［ｉ］）Ｃ↓［ｓｉ］（ｉ，ｗ（ｉ））ａ（φ↓［ｉ］）式中ａ（φ↓ ［ｉ］）＝［１，ｅ↑［Ｊφ↓［ｉ］］］↑［Ｔ］称为导向矢量，φ↓［ｉ］的取值范围是［－π，π］；Ｅ．通过代价函数估计干涉相位，即用导向矢量和协方差矩阵进行波束扫描，并将波束形成的输出功率最大值所对应的干涉相位＊↓［ｉ］作为干涉相位估 计结果。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖桂生，李海，陶海红，李军，曾操，徐青，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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