基础设施高精度形变测量方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及合成孔径雷达技术领域，是关于一种基础设施高精度形变测量方法和装置，涉及合成孔径雷达技术领域，方法包括：对各个SAR图像进行配准处理，得到配准后的SAR图像；基于所述配准后的SAR图像，提取角反射器在各个配准后SAR图像中的相位；构建干涉图像对，提取角反射器的干涉相位，补偿各项误差相位并提取高精度形变相位；对所述高精度形变相位进行相位解缠处理，以确定角反射器真实的形变相位；对所述角反射器真实的形变相位进行形变反演，以确定所述角反射器的高精度形变信息。通过该技术方案，提升基于角反射器目标的SAR形变监测技术的适用性。术的适用性。术的适用性。

【技术实现步骤摘要】
基础设施高精度形变测量方法和装置


[0001]本公开涉及合成孔径雷达
，尤其涉及一种基础设施高精度形变测量方法和装置。

技术介绍

[0002]近年来，全国各地基础设施的坍塌事故越来越受到社会关注。一般来说，在建筑、桥梁和水坝等基础设施宏观失稳前，其表面都会先发生微小位移。因此，为了更深入地研究坍塌触发机理，并在第一时间准确地实现风险预报，我们需要对基础设施开展长时间、高精度的形变监测。作为一种遥感技术手段，星载InSAR技术具有监测覆盖范围广、全天时全天候观测、高精度获取地表形变信息的能力，能够为基础设施的形变监测和风险识别提供技术支持。
[0003]在实际应用过程中，传统InSAR技术存在一定的局限性：(1)InSAR技术获取的PS点是基于目标的散射特征选取的，在基础设施的某些关键部位，可能无法获取PS点；(2)对于某些信噪比较弱的PS点，形变测量精度可能相对较低；(3)InSAR技术需要积累25~30期图像才能监测形变，在很多没有历史图像积累的区域无法立即开展监测。
[0004]基于角反射器SAR相位信号的形变测量方法，能准确测量关键点位的形变，且只需要积累2幅图像就能开展监测，能够在一定解决传统InSAR存在的局限性问题。但是为了达到优于1mm的形变测量精度，主要的难度可归纳为2个误差项：(1)角反射器的斜距误差会引入形变误差；(2)角反射器的高程误差引入形变误差。如何准确地补偿这两个误差项，是实现高精度形变测量的关键。

技术实现思路

[0005]为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种基础设施高精度形变测量方法和装置，够提升基于角反射器目标的SAR形变监测技术的适用性，为该技术的工程化应用提供技术支持。
[0006]根据本公开实施例的第一方面，提供一种基础设施高精度形变测量方法，所述方法包括：对各个SAR图像进行配准处理，得到配准后的SAR图像；基于所述配准后的SAR图像，提取角反射器在各个配准后的SAR图像中的相位；构建干涉图像对，提取角反射器的干涉相位，补偿各项误差相位并提取高精度形变相位；对所述高精度形变相位进行相位解缠处理，以确定角反射器真实的形变相位；对所述角反射器真实的形变相位进行形变反演，以确定所述角反射器的高精度形变信息。
[0007]在一个实施例中，优选地，基于所述配准后的SAR图像，提取角反射器在各个配准后的SAR图像中的误差相位补偿和高精度形变相位，包括：
通过Sinc插值算法精确提取角反射器在所述配准后的SAR图像中高精度的位置信息和相位信息；基于时间相邻SAR图像构建干涉图像对，并生成第一干涉相位；根据所述角反射器的初始高程数据和所述第一干涉相位，估计所述角反射器的高精度高程数据；选取一幅配准后的SAR图像为主图像，其他图像为副图像，构建干涉图，并生成第二干涉相位；获取角反射器在主图像中的高精度位置信息；根据所述角反射器的高精度位置信息、高精度高程信息和所述第二干涉相位，高精度补偿所述角反射器的平地相位和高程相位；根据补偿后的角反射器的平地相位和高程相位，确定所述高精度形变相位。
[0008]在一个实施例中，优选地，根据所述角反射器的初始高程数据和所述第一干涉相位，估计所述角反射器的高精度高程数据，包括：根据所述第一干涉相位，通过以下第一计算公式确定高程误差；其中，表示角反射器在第i幅干涉图像对中的第一干涉相位，表示角反射器在第i幅干涉图像对中的残余高程相位，ε
i
表示角反射器在第i幅干涉图像对中残余高程相位外其他未建模的相位，λ表示波长，表示垂直基线，R表示斜距，θ表示入射角，
∆
h表示高程误差；建立相关系数γ模型，并根据相关系数γ的值，确定高程误差的最优估计值，其中，当相关系数γ达到最大值时，对应的高程误差
∆
h为最优估计值；其中，相关系数γ模型包括：其中，N表示SAR干涉图像对的数量，j表示虚数单位；根据所述角反射器的初始高程数据和所述高程误差的最优估计值，估计所述角反射器的高精度高程数据。
[0009]在一个实施例中，优选地，根据所述角反射器的高精度位置信息、高精度高程信息和所述第二干涉相位，高精度补偿所述角反射器的平地相位和高程相位，包括：对于每一幅干涉图，基于角反射器在主图像中的高精度位置信息[L
M
，P
M
]和高精度高程信息h，结合多普勒方程、斜距方程和椭球方程，计算每个角反射器在WGS84下的空间位置坐标T=[x
M
, y
M
, z
M
]，其中，多普勒方程、斜距方程和椭球方程的数学表达式如下：
其中，t
MAz
和t
MRa
分别表示主图像中角反射器位置处对应的方位向时间和距离向时间，M(t
MAz
)表示t
MAz
时刻主图像对应的卫星位置矢量，V(t
MAz
)表示t
MAz
时刻主图像对应的卫星速度矢量，v
light
表示光速，a，b和c表示地球的椭球参数，h表示高精度高程信息；其中，t
MAz
和t
MRa
由角反射器的位置信息[L
M
，P
M
]获取：其中，t
MAz0
和t
MRa0
分别表示主图像方位向和距离向的初始采样时间，PRF
M
和RSR
M
分别表示主图像方位向和距离向的采样率，t
MAz0
、t
MRa0
、PRF
M
和RSR
M
在SAR图像参数文件中直接获取；基于计算得到的角反射器空间位置坐标T=[x
M
, y
M
, z
M
]，采用以下公式计算角反射器在副图像中对应的方位向时间t
SAz
：其中，S(t
SAz
)表示卫星在t
SAz
时刻的三维位置坐标；T表示角反射器的空间位置坐标；V(t
SAz
)表示卫星在t
SAz
时刻的速度矢量，获取t
SAz
后，t
SRa
可通过下式进行计算：t
SRa
表示角反射器在副图像中对应的距离向时间；基于角反射器分别在主副图像中对应的距离向时间t
MRa
和t
SRa
，计算平地相位与高程相位之和：；在一个实施例中，优选地，对各个SAR图像进行配准处理，得到配准后的SAR图像，包括：从多幅SAR图像中选取一幅作为基准SAR图像；将其他SAR图像均通过三级配准到所述基准SAR图像的网格内，其中，三级配准包括：基于卫星轨道数据的配准，基于像素级的配准和基于亚像素级的配准。
[0010]在一个实施例中，优选地，采用以下公式计算所述角反射器真实的形变相位：其中，表示角反射器真实的形变相位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基础设施高精度形变测量方法，其特征在于，所述方法包括：对各个SAR图像进行配准处理，得到配准后的SAR图像；基于所述配准后的SAR图像，提取角反射器在各个配准后的SAR图像中的相位；构建干涉图像对，提取角反射器的干涉相位，补偿各项误差相位并提取高精度形变相位；对所述高精度形变相位进行相位解缠处理，以确定角反射器真实的形变相位；对所述角反射器真实的形变相位进行形变反演，以确定所述角反射器的高精度形变信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述配准后的SAR图像，提取角反射器在各个配准后的SAR图像中的相位，包括：通过Sinc插值算法精确提取角反射器在所述配准后的SAR图像中高精度的位置信息和相位信息；构建干涉图像对，提取角反射器的干涉相位，补偿各项误差相位并提取高精度形变相位，包括：基于时间相邻SAR图像构建干涉图像对，并生成第一干涉相位；根据所述角反射器的初始高程数据和所述第一干涉相位，估计所述角反射器的高精度高程数据；选取一幅配准后的SAR图像为主图像，其他图像为副图像，构建干涉图，并生成第二干涉相位；获取角反射器在主图像中的高精度位置信息；根据所述角反射器的高精度位置信息、高精度高程信息和所述第二干涉相位，高精度补偿所述角反射器的平地相位和高程相位；根据补偿后的角反射器的平地相位和高程相位，确定所述高精度形变相位。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述角反射器的初始高程数据和所述第一干涉相位，估计所述角反射器的高精度高程数据，包括：根据所述第一干涉相位，通过以下第一计算公式确定高程误差；其中，表示角反射器在第i幅干涉图像对中的第一干涉相位，表示角反射器在第i幅干涉图像对中的残余高程相位，ε
i
表示角反射器在第i幅干涉图像对中残余高程相位外其他未建模的相位，λ表示波长，表示垂直基线，R表示斜距，θ表示入射角，
∆
h表示高程误差；建立相关系数γ模型，并根据相关系数γ的值，确定高程误差的最优估计值，其中，当相关系数γ达到最大值时，对应的高程误差
∆
h为最优估计值；其中，相关系数γ模型包括：
其中，N表示干涉图像对的数量，j表示虚数单位；根据所述角反射器的初始高程数据和所述高程误差的最优估计值，估计所述角反射器的高精度高程数据。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述角反射器的高精度位置信息、高精度高程信息和所述第二干涉相位，高精度补偿所述角反射器的平地相位和高程相位，包括：对于每一幅干涉图，基于角反射器在主图像中的高精度位置信息[L
M
，P
M
]和高精度高程信息h，结合多普勒方程、斜距方程和椭球方程，计算每个角反射器在WGS84下的空间位置坐标T=[x
M
, y
M
, z
M
]，其中，多普勒方程、斜距方程和椭球方程的数学表达式如下：其中，t
MAz
和t
MRa
分别表示主图像中角反射器位置处对应的方位向时间和距离向时间，M(t
MAz
)表示t
MAz
时刻主图像对应的卫星位置矢量，V(t
MAz
)表示t
MAz
时刻主图像对应的卫星速度矢量，v
light
表示光速，a，b和c表示地球的椭球参数，h表示高精度高程信息；其中，t
MAz
和t
MRa
由角反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱茂，李吉平，葛春青，班勇，周海兵，王大伟，徐康，冯飞，
申请(专利权)人：北京东方至远科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：