一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法技术

本发明专利技术属于雷达干涉测量技术领域，具体涉及一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法。本发明专利技术的方法主要包括：首先根据传统InSAR的模型，建立视频SAR干涉测量模型，然后根据模型推导目标高程反演公式。其次，根据视频SAR中每个子孔径内将得到主、辅两幅图像的视角变化，提出了SIFT配准算法，然后对配准后的主、辅图像共轭相乘，得到干涉图。随后对得到的干涉图进行相位解缠，并根据高程反演公式计算目标的高程信息。根据坐标处的高程信息建立目标区域的DEM，并对DEM进行矫正。最后将所有步骤结合起来，给出视频SAR干涉测量方法。本方法提出了聚束模式的视频SAR干涉测量模型及高程反演公式，并针对相关步骤给出了具体方法。并针对相关步骤给出了具体方法。并针对相关步骤给出了具体方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法


[0001]本专利技术属于雷达干涉测量
，具体涉及一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)技术得益于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)技术的成熟和发展而簇生的一种高精度的对地观测技术。InSAR技术是空间对地观测技术，是将传统的SAR遥感技术与干涉技术结合的产物。通过对两幅同一地区的相干图像进行干涉处理，获取目标地区三维信息，InSAR技术将微波探测技术由二维平面提升到三维空间。InSAR的发展是基于SAR技术之上，它兼顾了SAR全天时、全天候、高精度、大区域的突出优势，在地表观测、地面形变监测、冰川移动、灾害预警、工程体(桥梁、大坝)变形等方面都具有独特优势。InSAR技术逐渐成为对地观测最主要的手段。
[0003]随着视频SAR的出现和发展，利用视频SAR进行干涉测量的研究吸引许多的学者的注意。将太赫兹技术应用于视频SAR系统，使视频SAR在某些场景下可以对目标区域实时观测。视频SAR通过对目标区域的持续照射，得到了高帧率、高分辨率的连续帧图像，正好克服了传统InSAR中成像效率低的缺点，将干涉测量技术与视频SAR的独特优势结合起来是探索视频SAR应用前景的前瞻性课题之一。利用InSAR技术快速获取高精度数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)是目前InSAR技术的主要应用之一。传统InSAR技术是基于条带SAR的基础之上，但是视频SAR的成像模式为聚束模式，传统InSAR技术无法与视频SAR相兼容，所以传统的InSAR技术无法用于视频SAR干涉测量，所以迫切需要一种适用于聚束SAR的干涉测量方法。且传统InSAR技术无法处理目标成像时会出现叠掩、遮挡等因素导致相位缺失，会使得测量结果精度降低。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种适用于聚束模式的视频SAR干涉测量方法。该方法的基本思想是结合视频SAR的成像模式，提出视频SAR干涉测量模型，并推导目标高程反演公式，提出适用于视频SAR的干涉测量流程。同时该方法利用视频合成孔径雷达连续成像的优势，可以降低目标高程反演的误差。首先建立聚束模式干涉测量模型，根据干涉测量模型推导目标高程反演公式。然后根据聚束模式的成像特点，提出一种主、辅图像配准方法，随后对配准后的图像进行共轭相乘、去平地、滤波、解缠，得到每个子孔径的高度信息。其次，利用相邻子孔径的主、辅图像进行交叉配准，再进行后续步骤，干涉得到的高度信息以主图像所在子孔径为准，最后对多次生成的高度信息进行数据筛选、平均，最后得到较为精确的结果。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法，用于机载双天线干涉SAR系统，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]S1、根据视频SAR的成像模型，以主、副天线所在垂直平面建立坐标系，建立视频SAR聚束模式下目标的干涉测量模型，得到目标的高程信息的反演公式：
[0007][0008]其中，H为主天线的高度，O是坐标系原点，P'为目标P在地面上的投影，R1为主天线斜距，α为基线与水平面的夹角，B为主天线和副天线间的距离，目标在主辅图像中的实际成像位置分别为P1和P2，P1(x1,y1,0)，P2(x2,y2,0)；
[0009]S2、采用机载双天线方式进行干涉测量，每个子孔径内获得两幅SAR图像，利用SIFT算法对子孔径中的主、辅SAR图像进行配准；
[0010]S3、对配准后生成的主辅复图像进行共轭相乘，得到该子孔径下目标的干涉图，干涉图中的相位表示的是不同视角下天线与相同目标的距离不同导致的相位误差，得到高程信息h与相位差
△
φ之间的关系：
[0011][0012]其中，θ是主天线与目标间的夹角，λ表示视频合成孔径雷达波长；
[0013]S4、对获得的干涉图，采用基于误差方程的最小二乘相位解缠法进行相位解缠，得到解缠后的干涉相位；
[0014]S5、高程反演：以φ0表示干涉相位偏置，φ
′
表示解缠后的干涉相位，则斜距差
△
R为
[0015][0016]相应地面目标的高程值h为：
[0017][0018]即可通过相位信息得到目标的高度信息，实现视频合成孔径雷达干涉测量。
[0019]进一步的，还包括：
[0020]S6、多孔径数据融合：假设视频SAR系统得到目标区域的n组样本数据为D1,D2,D3,
…
,D
n
‑1,D
n
，对于目标区域中任意坐标(x,y)都有n组高程样本数据H1,H2,H3,
…
,H
n
‑1,H
n
，对这n组高程样本数据进行筛选，剔除不可信数据，以提高测量精度；假设这n组样本数据服从正态分布，即H～N(μ,σ2)，给定置信水平为0.9，显著性水平为α＝0.1，需要先求得高程样本数据的均值E(H)为：
[0021][0022]上式中，代表样本数据的均值，使用S2表示高程样本数据的方差D(H)，即：
[0023][0024]在假设高程样本数据服从正态分布的前提下，得到关于H的置信度为0.9的置信区间为：
[0025][0026]得到置信区间之后，根据置信区间对高程样本数据进行筛选，处于置信区间之内的样本数据保留，否则就将其舍弃，假设筛选之后得到的m组高程样本数据为h1,h2,h3,
…
,h
m
‑1,h
m
，计算这m组数据的均值
[0027][0028]将得到的数据均值作为场景坐标(x,y)处的高程值，然后计算场景中其余坐标处的高程值，最终得到成像场景中所有坐标对应的三维信息。
[0029]本专利技术的有益效果为，本方法提出了聚束模式的视频SAR干涉测量模型及高程反演公式，并针对相关步骤给出了具体方法。
附图说明
[0030]图1是视频SAR干涉测量的模型。
[0031]图2是适用于视频SAR干涉测量的SIFT配准步骤。
[0032]图3是视频SAR的干涉测量流程。
[0033]图4是视频SAR多孔径数据融合方法。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和对本专利技术进行详细的描述。
[0035]本专利技术的适用于机载双天线干涉SAR系统，主要包括：
[0036]根据视频SAR的成像特点，建立聚束模式干涉测量模型，推导目标的高程反演公式。
[0037]建立视频SAR干涉测量模型，如附图1所示。在附图1中，A1和A2是第k个子孔径中主、副天线的位置，A2'为副天线A2在地面上的投影，B为两天线间的距离，即基线长度，H为天线1的高度。α为基线与水平面的夹角，R1和R2分别是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法，用于机载双天线干涉SAR系统，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据视频SAR的成像模型，以主、副天线所在垂直平面建立坐标系，建立视频SAR聚束模式下目标的高程信息的反演公式：其中，H为主天线的高度，O是坐标系原点，P'为目标P在地面上的投影，R1为主天线斜距，α为基线与水平面的夹角，B为主天线和副天线间的距离，目标在主辅图像中的实际成像位置分别为P1和P2，P1(x1,y1,0)，P2(x2,y2,0)；S2、采用机载双天线方式进行干涉测量，每个子孔径内获得两幅SAR图像，利用SIFT算法对子孔径中的主、辅SAR图像进行配准；S3、对配准后生成的主辅复图像进行共轭相乘，得到该子孔径下目标的干涉图，干涉图中的相位表示的是不同视角下天线与相同目标的距离不同导致的相位误差，得到高程信息h与相位差
△
φ之间的关系：其中，θ是主天线与目标间的夹角，λ表示视频合成孔径雷达波长；S4、对获得的干涉图，采用基于误差方程的最小二乘相位解缠法进行相位解缠，得到解缠后的干涉相位；S5、高程反演：以φ0表示干涉相位偏置，φ
′
表示解缠后的干涉相位，则斜距差
△
R为相应地面目标的高程值h为：即可通过相位信息得到目标的高度信息，实现视频合成孔径雷达干涉测量。2.根据权利要求1所述的一种基于视频合成孔径...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵锐，皮亦鸣，王浩，李晋，曹宗杰，崔宗勇，杨晓波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：