双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法技术

本发明专利技术公开了双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，属于雷达技术领域。双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，包括以下步骤：S1）获取双基线InSAR干涉图；S2）根据同一相对高程与各干涉相位微分之间的关系，建立以相位微分模糊数为参数的方程组；S3）利用该方程组和平地效应思想构造双基线InSAR纯整数规划模型；S4）采用割平面法求解模型，确定模糊数的解集；S5）将求解的模糊数解集乘以2π，加上原始干涉相位，实现双基线InSAR干涉图的相位解缠。本发明专利技术，扩展了非模糊区间，在相位欠采样区域和地形突变区域也能得到较好的解缠结果；减弱了干涉对基线的要求，不需要互质条件，也能有效解算出理想的解缠相位。也能有效解算出理想的解缠相位。也能有效解算出理想的解缠相位。

【技术实现步骤摘要】
双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法


[0001]本专利技术涉及雷达
，尤其涉及双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法。

技术介绍

[0002]InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达干涉测量)技术不受云、雪、雾、霾等恶劣天气的影响，可以全天时、全天候地监测感兴趣区的地形和形变信息，被广泛应用于自然灾害、工程选线等领域，具有光学遥感不可替代的重要价值。然而，作为不可逆问题的相位解缠技术却是制约InSAR技术实际应用的重要瓶颈。传统单基线相位解缠基于相位连续性假设，但在地形起伏较大的山区、城市等区域，该技术往往无法实现有效解缠，还会出现误差传递现象。多基线相位解缠技术的出现较好地解决了这一问题，可减弱相位欠采样和频谱混叠等因素的影响，提高相位解缠的精度和可靠性。
[0003]相位解缠是求解整幅干涉图中各干涉相位之间相差的2π整周期数；纯整数规划则是全部决策变量都为整数的离散最优化问题。从寻求整数解的角度来看，两者有异曲同工之处。目前，整数规划理论在InSAR领域中研究较少，于瀚雯、刘会涛等学者曾做过初步探索，但利用成熟的纯整数规划算法
‑
割平面法，来求解相位解缠问题在现有的文献中并没有见到。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为解决相位解缠问题提出一种新思路、新方法。提出的双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，不但扩展了非模糊区间，在相位欠采样区域和地形突变区域也能得到较好的解缠结果；而且减弱了干涉对基线的要求，不需要互质条件，也能有效解算出理想的解缠相位。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，包括以下步骤：
[0007]S1)分别将一幅SAR主图像与两幅SAR辅图像，进行干涉处理，获取双基线InSAR干涉图；
[0008]S2)根据双基线InSAR几何模型中，同一相对高程与各干涉相位微分之间的关系，建立以相位微分模糊数为参数的方程组；
[0009]S3)利用方程组构建纯整数规划模型的第一个约束条件，借鉴平地效应思想构建纯整数规划模型的第二个约束条件，构造双基线InSAR纯整数规划模型；
[0010]S4)采用割平面法求解双基线InSAR纯整数规划模型，确定模糊数的解集；
[0011]S5)将求解的模糊数解集乘以2π，加上原始干涉相位，实现双基线InSAR干涉图的相位解缠。
[0012]优选的，在步骤S2)中：
[0013]设，双基线InSAR对应的缠绕干涉相位分别为得同一相对高程与干涉相位
微分对应关系为
[0014][0015]其中，B0＝[B1,B2]为基线B1、B2的最小公倍数，dZ为相对高程，λ为雷达波波长，为干涉相位微分，k
i
是的模糊度，m
i
＝B0/B
i
(i＝1,2)为模；
[0016]令，建立缠绕相位微分的模糊数k1、k2的方程组为
[0017][0018]其中，所有参数均为整数；X为该方程组的最小整数解；a1、a2为干涉图缠绕相位微分函数；m1、m2为模。
[0019]优选的，在步骤S3)中：
[0020]将两式相加，并去掉a1、a2作为目标函数；两式相减作为约束条件，列立含单一约束条件的纯整数规划模型
[0021][0022]通过确定模糊数近似最大值，构造与其线性无关的第二个约束条件；
[0023]即，构建全新的模糊数变量在二维空间闭合域内的纯整数规划模型
[0024][0025]优选的，在步骤S4)中：
[0026]求解整数规划问题，去掉其整数约束，转化为求解松弛问题的线性规划模型
[0027][0028]优选的，在步骤S4)中：
[0029]a)以纯整数规划模型的第二个约束条件为基准，设定模糊数k
i
的最大阈值，确定割线方程表达式，形成单一模糊数闭合的整数区间；
[0030]b)在a2＞a1情况下，最优解位于横轴的正半轴：
[0031]若模表达式m1/m2＞1成立，阈值合适，则双向遍历k1；阈值较大，则双向遍历+正向遍历k1；
[0032]若模表达式m1/m2＜1成立，阈值合适，则双向遍历k2；阈值较大，则双向遍历+正向遍历k2；
[0033]c)在a1＞a2情况下，最优解位于竖轴的正半轴：
[0034]若模表达式m1/m2＞1成立，阈值合适，则双向遍历k1；阈值较大，则双向遍历+正向遍历k1；
[0035]若模表达式m1/m2＜1成立，阈值合适，则双向遍历k2；阈值较大，则双向遍历+正向遍历k2；
[0036]d)若条件a1＝a2成立，无需考虑整数规划模型，模糊数的最优整数解可直接确定。
[0037]优选的，在步骤S4中：
[0038]a)中，以纯整数规划模型的第二个约束条件为基准，设定模糊数k
i
的最大阈值，确定割线方程表达式，形成单一模糊数闭合的整数区间；
[0039]根据模关系式确定其中一个模糊数的最大值，以研究另一模糊数所对应的割线方程；
[0040]若模表达式m1/m2＞1成立，确定模糊数k2的最大值作为第二个约束条件，构造线性规划模型
[0041][0042]利用割平面方法的求解思路，建立关于k1的割线方程
[0043][0044]若模表达式m1/m2＜1成立，确定模糊数k1的最大值作为第二约束条件，构造线性规划模型
[0045][0046]利用割平面方法的求解思路，建立关于k2的割线方程
[0047][0048]优选的，在步骤S4中：
[0049]b)中，a2＞a1情况下，记与k1轴交点为正的情况为基本模型，则基于不同模表达式的遍历情况如下：
[0050]基于模表达式m1/m2＞1的条件，确定模糊数k2的最大值限定整数规划可行域的闭合区域；
[0051]其次，利用最优解取整，以模糊数k1整数条件确定两条关于k1的割线方程优化可行域；
[0052]然后，对模糊数k1实施双向遍历的模式，同时验证模糊数k2的整数条件，以求解模糊数k1与k2；
[0053]若，存在模糊数k1右侧的整数条件较大，则对模糊数k1实施双向遍历+正向遍历的模式，达到最佳路径求解纯整数规划模型；
[0054]基于模表达式m1/m2＜1的条件，确定模糊数k1的最大值限定整数规划可行域的闭合区域；
[0055]其次，利用最优解取整，以模糊数k2整数条件确定两条关于k2的割线方程优化可行域；
[0056]然后，对模糊数k2实施双向遍历的模式，同时验证模糊数k1的整数条件，以求解模糊数k1与k2；
[0057]若，存在模糊数k2右侧的整数条件较大，则对模糊数k2实施双向遍历+正向遍历的模式，达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)分别将一幅SAR主图像与两幅SAR辅图像，进行干涉处理，获取双基线InSAR干涉图；S2)根据双基线InSAR几何模型中，同一相对高程与各干涉相位微分之间的关系，建立以相位微分模糊数为参数的方程组；S3)利用方程组构建纯整数规划模型的第一个约束条件，借鉴平地效应思想构建纯整数规划模型的第二个约束条件，构造双基线InSAR纯整数规划模型；S4)采用割平面法求解双基线InSAR纯整数规划模型，确定模糊数的解集；S5)将求解的模糊数解集乘以2π，加上原始干涉相位，实现双基线InSAR干涉图的相位解缠。2.根据权利要求1所述的双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，其特征在于，在步骤S2)中：设，双基线InSAR对应的缠绕干涉相位分别为得同一相对高程与干涉相位微分对应关系为其中，B0＝[B1,B2]为基线B1、B2的最小公倍数，dZ为相对高程，λ为雷达波波长，为干涉相位微分，k
i
是的模糊度，m
i
＝B0/B
i
(i＝1,2)为模；令，建立缠绕相位微分的模糊数k1、k2的方程组为其中，所有参数均为整数；X为该方程组的最小整数解；a1、a2为干涉图缠绕相位微分函数；m1、m2为模。3.根据权利要求2所述的双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，其特征在于，在步骤S3)中：将两式相加，并去掉a1、a2作为目标函数；两式相减作为约束条件，列立含单一约束条件的纯整数规划模型通过确定模糊数近似最大值，构造与其线性无关的第二个约束条件；即，构建全新的模糊数变量在二维空间闭合域内的纯整数规划模型4.根据权利要求3所述的双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，其特征在于，在步骤S4)中：
求解整数规划问题，去掉其整数约束，转化为求解松弛问题的线性规划模型5.根据权利要求4所述的双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，其特征在于，在步骤S4)中：a)以纯整数规划模型的第二个约束条件为基准，设定模糊数k
i
的最大阈值，确定割线方程表达式，形成单一模糊数闭合的整数区间；b)在a2＞a1情况下，最优解位于横轴的正半轴：若模表达式m1/m2＞1成立，阈值合适，则双向遍历k1；阈值较大，则双向遍历+正向遍历k1；若模表达式m1/m2＜1成立，阈值合适，则双向遍历k2；阈值较大，则双向遍历+正向遍历k2；c)在a1＞a2情况下，最优解位于竖轴的正半轴：若模表达式m1/m2＞1成立，阈值合适，则双向遍历k1；阈值较大，则双向遍历+正向遍历k1；若模表达式m1/m2＜1成立，阈值合适，则双向遍历k2；阈值较大，则双向遍历+正向遍历k2；d)若条件a1＝a2成立，无需考虑整数规划模型，模糊数的最优整数解可直接确定。6.权利要求5所述的双基线InSAR割平面纯整数规划相位解缠方法，其特征在于，在步骤S4中：a)中，以纯整数规划模型的第二个约...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，李葛爽，赵向锋，张力，魏嘉仪，马高杰，陈兆坤，岳佳伟，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：