一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法技术

本发明专利技术涉及雷达勘测技术领域，具体涉及一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法

【技术实现步骤摘要】
一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法


[0001]本专利技术涉及雷达勘测
，特别涉及一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法
。

技术介绍

[0002]滑坡和泥石流灾害尤其严重，此外，矿山
、
水坝等在给我们带来经济效益的同时，也伴随着诸多安全隐患，例如滑坡
、
坝体形变
、
沉降位移等
。
在上述安全事故发生前，可通过形变监测手段提前预测灾害的发生，并有效降低技术经济损失
。
形变监测技术，通过对形变监测现场的表面缓慢位移监测，并与先验数据相结合实现对监测场中隐患灾害的预警报警
。
[0003]形变监测雷达是一种近十年发展起来的微波测量方法
。
它与传统手段相比，拥有独特的测量优势
。
它是一种非接触式远程监测方法，可以有效克服差分
GPS、
水准仪等接触测量设备无法在危险情景中应用的问题
。
与光学测量方法相比，它具有全天时
、
全天候，可以在能见度极低的情况下使用的优点，且不易受雨
、
雾
、
和光照等因素影响
。
[0004]形变监测雷达可以分为大尺度远距离测量和局部近距离测量
。
远距离测量为主要基于星载雷达干涉测量技术，
GPS
技术等
。
缺点是距离远
、
低精度，不能适用于高精度的现场监控，测量周期很长/>。
它只适用于广域人口普查和初步调查，不能适应紧急情况测量
。
局部近距离测量主要是地基合成孔径雷达
(Ground
‑
based Synthetic Aperture Radar,GB
‑
SAR)、
全站仪等，它适用于小规模监测，测量周期短，精度高
。
[0005]GB
‑
SAR
现已广泛应用于矿区
、
水坝
、
冰川
、
建筑物等形变监测领域
。
它的工作波段主要是
X、Ka、Ku
等微波频段
。
随着
GB
‑
SAR
技术的不断发展，形变监测的精度也不断提高，随之而来的是大气相位的扰动也不再允许忽略
。
大气变化业已成为
GB
‑
SAR
雷达形变监测的主要干扰因素
。
由于监测环境的地形复杂，水汽
、
湿度和温度在空间上呈现非均匀分布特性，基于均匀大气假设的大气相位误差校正方法势必会造成大气校正的偏差，导致
GB
‑
SAR
形变监测精度的下降
。
目前，
GB
‑
SAR
大气校正方法主要分为两类：一类是基于气象数据的方法，依据电磁波传播的折射率与场景内温度
、
气压和湿度数据之间的关系来校正大气相位；另一类基于函数模型的方法，该方法通常假设大气影响在空间上具有强相关性，即大气在空间是均匀的，此时利用稳定
PS
点干涉相位通过参数化模型方法完成大气相位补偿
。
[0006]综上所述，
GB
‑
SAR
在进行形变监测时需要补偿大气扰动造成的测量误差，相比气象数据方法，基于
PS
点的大气补偿算法更具优势，其不需要合作目标和额外传感器数据，方法的独立性更强，更易于实现，现已广泛应用于
GB
‑
SAR
形变监测领域
。
尽管基于
PS
点的参数化模型大气相位补偿方法存在诸多优点，但在描述具有大范围方位观测角的
GB
‑
SAR
的空间大气相位时，该方法需要尽可能准确地利用
PS
点实现对具有复杂空间变化的大气相位进行准确描述，其关键在于可靠
PS
点的选择策略与方法
。

技术实现思路

[0007]鉴于上述现有基于
PS
点大气补偿技术缺点和不足，本专利提出一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法，该方法以模型化参数大气模型和
PS
点技术为基础，通过多门限阈值门限筛选提取稳定大气估计
PS
点，再利用迭代算法逐剔除不稳定大气估计
PS
点，最终所选
PS
点质量更高，更加可靠，极大提高了大气估计准确度，进而提高了监测区域的形变反演精度
。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0009]一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010]S1
，获取二维复散射雷达图像，对所述雷达图像做干涉处理得到所述雷达图像的干涉相位图，并对所述干涉相位图进行二维空间解缠，得到所述雷达图像的像素点的干涉相位，并从所述雷达图像的像素点中筛选出稳定大气估计
PS
点，获取所述稳定大气估计
PS
点的干涉相位；
[0011]S2
，基于二元大气模型和所述稳定大气估计
PS
点的干涉相位设置相位残差判决门限，对不满足所述相位残差判决门限的所述稳定大气估计
PS
点进行剔除，基于未剔除的所述稳定大气估计
PS
点重新设置所述相位残差判决门限，若所述相位残差判决门限的相对变化量满足迭代条件则重复所述剔除，否则，迭代终止，最终未被剔除的所述稳定大气估计
PS
点作为用于最优大气补偿的
PS
点；
[0012]S3
，基于所述用于最优大气补偿的
PS
点的最优大气参数以及所述干涉相位图进行最优大气补偿，完成形变反演
。
[0013]作为本专利技术的优选方案，一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法，获取所述雷达图像的像素点的干涉相位具体包括如下步骤：
[0014]获取二维复散射雷达图像，记为
Img
k
，并生成雷达复散射图像序列
{Img
k
}
，从所述序列
{Img
k
}
中抽取两幅相邻帧图像作为干涉处理的主辅图像，对辅图像取复共轭并与主图像相乘，取主值相位后得到干涉相位图
Img
inpha
，对所述干涉相位图
Img
inpha
做二维空间解缠，得到所述干涉相位图
Img
inpha
的像素点的干涉相位
φ
，可表示为：
[0015]φ
＝
φ
def
+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
，获取二维复散射雷达图像，对所述雷达图像做干涉处理得到所述雷达图像的干涉相位图，并对所述干涉相位图进行二维空间解缠，得到所述雷达图像的像素点的干涉相位，并从所述雷达图像的像素点中筛选出稳定大气估计
PS
点，获取所述稳定大气估计
PS
点的干涉相位；
S2
，基于二元大气模型和所述稳定大气估计
PS
点的干涉相位设置相位残差判决门限，对不满足所述相位残差判决门限的所述稳定大气估计
PS
点进行剔除，基于未剔除的所述稳定大气估计
PS
点重新设置所述相位残差判决门限，若所述相位残差判决门限的相对变化量满足迭代条件则重复所述剔除，否则，迭代终止，最终未被剔除的所述稳定大气估计
PS
点作为用于最优大气补偿的
PS
点；
S3
，基于所述最优大气补偿的
PS
点的最优大气参数以及所述干涉相位图进行最优大气补偿，完成形变反演
。2.
根据权利要求1所述的一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法，其特征在于，获取所述雷达图像的像素点的干涉相位包括如下步骤：获取二维复散射雷达图像，记为
Img
k
，并生成雷达复散射图像序列
{Img
k
}
，从所述序列
{Img
k
}
中抽取两幅相邻帧图像作为干涉处理的主辅图像，对辅图像取复共轭并与主图像相乘，取主值相位后得到干涉相位图
Img
inpha
，对所述干涉相位图
Img
inpha
做二维空间解缠，得到所述干涉相位图
Img
inpha
的像素点的干涉相位
φ
，表示为：
φ
＝
φ
def
+
φ
atm
+
φ
noise
；其中，
φ
def
为像素点的形变相位，
φ
atm
为像素点的大气误差相位，
φ
noise
为像素点的噪声相位
。3.
根据权利要求2所述的一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法，其特征在于，从所述雷达图像的像素点中筛选出稳定大气估计
PS
点具体包括如下步骤：首先，计算所述序列
{Img
k
}
相邻帧图像之间的平均相关系数再根据雷达辐射图像
Img
k
的维度以及所述图像
Img
k
中像素点
(i
，
j)
的幅度
A
k
(i
，
j)
与相位计算所述序列
{Img
k
}
的每个像素点
(i
，
j)
的平均相对幅度然后，计算所述序列
{Img
k
}
中像素点
(i
，
j)
的幅度时间序列的标准差
δ
A
与所述幅度时间序列的均值
m
A
的比值，所述比值为时序复散射图像的幅度离差
D
A
；最后，分别设置阈值门限
T1、T2和
T3，从所述雷达图像的像素点中筛选出同时满足选出同时满足且
D
A
≤T3的像素点，作为所述稳定大气估计
PS
点，同时得到所述稳定大气估计
PS
点的干涉相位
。4.
根据权利要求3所述的一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法，其特征在于，所述阈值门限
T1、T2和
T3的设置具体如下：所述阈值门限
T1为设置
0.9、T2设置为5以及
T3设置为
0.1
，此时最终筛选出的
PS
点作为稳定大气估计
PS
点；所述阈值门限
T1设置为
0.8
，
T2设置为0以及
T3设置为
0.2
，此时筛选出的
PS
点作为形变反演的监测点
。5.
根据权利要求2所述的一种地基合成孔径边坡雷达大气校正方法，其特征在于，通过空间滤波算法消除所述稳定大气估计
PS
点的干涉相位
φ
中的噪声相位
φ
noise
，使得所述稳定大气估计
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，裴起帆，杨森，潘兆马，谢毅，高柏松，陈军，杨学锋，汪峥，邹文露，虞凯，刘孜学，梅豪，朱兆宇，范琪，周仕隆，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：