基于中国余数定理的多基线、多波段ＩｎＳＡＲ相位解缠方法技术

本发明专利技术公开了一种基于中国余数定理的多基线、多波段ＩｎＳＡＲ相位解缠方法，它包括以下步骤：①分别获取Ｎ幅配准后的两两基线比为有理数的多基线ＩｎＳＡＲ干涉图和Ｎ幅多波段ＩｎＳＡＲ干涉图；②计算相邻像素的相位差分；③根据波长比构造模数比，进而构造整周数ｎｉ和剩余数ｆｉ；④建立关于模糊相位微分的模糊数的同余方程组；⑤计算ｐ；⑥计算模糊数ｋｉ；⑦计算解缠后的干涉相位微分；⑧计算干涉图任意像元的解缠相位φｕｉ。本发明专利技术充分利用现有的ＩｎＳＡＲ数据，发挥多基线、多波段ＩｎＳＡＲ获取ＤＥＭ技术处理难度低、处理精度高的优势，有效地解决了地形起伏较大地区欠采样情况下混叠干涉条纹的相位解缠问题，提高了相位解缠的可解性和精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多基线、多波 段InSAR技术，特别涉及一种基于中国余数定理的多基 线、多波段InSAR相位解缠方法。
技术介绍
多基线、多波段 InSAR(Multi-baseline/Multi-Band Interferometric SyntheticAperture Radar，多基线/多波段合成孔径雷达干涉测量)技术已经成为InSAR 技术发展的重要前沿，该技术分别利用长短基线、长短波长干涉数据的组合优势，能够解决 陡峭地区混叠干涉条纹的相位解缠问题，提高相位解缠精度，进而提高获取DEM的精度。无论对于传统的单基线InSAR技术，还是新兴的多基线、多波段InSAR技术，相位 解缠都是干涉处理的关键环节之一。传统的单基线InSAR干涉图相位解缠方法大多数都基 于这样的假设干涉图相邻像素间满足Nyquist采样理论，即相邻像素的相位差不超过半 周期。因此传统相位解缠方法首先要根据Nyquist采样理论确定相邻像素间的相位梯度， 然后根据一致性准则，选取适当的积分路径进行积分。然而，较长基线或较短波长情况下获 取的陡峭地区的干涉图可能存在欠采样现象，使得这些区域不能满足上述假设，从而无法 进行正确的相位解缠。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种基于中国余数定理的多基线、多波段InSAR相位解 缠方法，它能够较好解决较长基线或较短波长条件下下陡峭地区混叠干涉条纹的相位解缠 问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，本专利技术包括以下步骤①分别获取N幅配准后的两两基线比为有理数的多基线InSAR干涉图或N幅多波 段InSAR干涉图，将获取的InSAR干涉图像素均记为Φψ1，Φψ2，…，ΦψΝ ；②计算各干涉图中相邻像素的相位差分ClcKi ；其中，i表示不同的干涉图的编号，i = 1，2，…，N;③根据基线比B1 B2 …81<或波长比X1IX2:…λΝ构造模数比 Hl1 Hl2 …1%，进而构造整周数叫和剩余数& 其中， Jnl .m2.…mN — - . - .-或 Iii1 . m2 . ... mN = ④建立关于模糊相位微分的模糊数的同余方程组ρ = rii+kim^i = 1,2, ...，N);⑤计算ρ 根据中国余数定理，在 内解同余方程组，得到ρ ；(=1⑥计算模糊数ki，K =—； ⑦计算解缠后的干涉相位微分dcKi = Φwi+2 π · ki ；⑧计算干涉图任意像元的解缠相位，以给定的像素作为种子像素，按区域生长 方法进行相位解缠。所述的区域生法是指以给定的像素作为种子像素，并结合相邻像素解缠后的干涉 相位微分ClcKi，逐像素进行相位解缠。在所述的步骤⑧后，还包括对残差点判别与相位解缠值修正。采用上述技术方案的本专利技术，根据基线比或波长比，利用多套干涉相位信息，构建 同余方程组，并利用中国余数定理求解同余方程组，并进行相位解缠。在此过程中，充分利 用现有的InSAR数据，发挥多基线、多波段InSAR获取DEM技术处理难度低、处理精度高的 优势，有效地解决了地形起伏较大地区干涉相位欠采样情况下混叠干涉条纹的相位解缠问 题，提高了相位解缠的可解性、正确性和解缠精度。附图说明图1为本专利技术中三天线InSAR几何示意图；图2为本专利技术的基于中国余数定理的多基线InSAR相位解缠流程图；图3为残差点检测方法示意图；图4为本专利技术的基于中国余数定理的多波段InSAR相位解缠流程图；图5为本专利技术中仿真多基线InSAR干涉图所用的DEM灰度图；图6为基线长度=300米时的干涉图；图7为基线长度=500米时的干涉图；图8为本专利技术采用基于中国余数定理的多基线相位解缠方法而得到的解缠结果；图9为本专利技术中仿真多波段InSAR干涉图所用的DEM灰度图；图10为波长=0. 03米时的干涉图；图11为波长=0.05米时的干涉图；图12为本专利技术采用基于中国余数定理的多波段相位解缠方法而得到的解缠结^ ο具体实施例方式本专利技术的将中国余数定 理引入到多基线、多波段InSAR相位解缠领域，其原理分析如下。如图1所示，主天线S1和从天线S2、S3组成单发三收式多基线InSAR系统。记航 高为H，侧视角为θ，基线水平角为α，S1和S2形成的基线为B，其获取的干涉图上相邻像 元对应地面点分别为P和P' ,P'对P的相对高程为dh，P到天线S1和S2的斜距分别为R 禾口 R-AR0根据InSAR基本原理，P点高程h为h = H-Rcos θ(1)式中，θ可以写为θ＝π/2+α-β(2)在Δ S1S2P中，根据余弦定理有 贝Uβ 为 “、 这里，Δ R与理论干涉相位Δ φ a的关系为Δ R = λ Δ φ a/2 π(5)联立式(1)、⑵和式(4)，h可以整理为 上式对Δ R求导，则有 因为AR相对于R是一个可以忽略的小量，所以上式可以简化为 联立式(5)和式(8)，有 (9)改写上式，得 其中， λ*表示引起一个2 π干涉相位变化所对应的高度变化，称为高度模糊数。由式 (10)可以看出，干涉相位微分是关于相对高程的线性函数。假设在基线分别为B1,B2,…，Bn的情况下获取了 N幅同一地区的干涉图(即模糊 干涉相位)Φψ1，Φψ2，…，ΦwN，其理论干涉相位对应为，Φ32,…，解缠后干涉相位 对应为，Φ 2，···， ,根据式(10)，由对应同一相对高程的任意干涉相位微分均可重 建此相对高程。即 其中，i = l，2，…，N;j = l，2，…，N;i乒j，下面应用处范围相同。1^和、分别为模糊干涉相位微分ClcKi和的模糊度。由式(11)知，以两基线为例，当基线比值1_瓜为有理数时，高度模糊数比值可以表达为Χ；/λ] ^ Bj/Bi = TniJmj(13)其中，HIi, HIj为互素的正整数，由式(12)可得到 即 令 其中，L.」为向下取整运算，联立式(15)及式(16)，得 忽略噪声的情况下，模糊干涉相位微分不包含误差，则，& = 从而有 「ρ = η,+^mi =^mod(Itii) 根据中国余数定理，在0 < ρ < HiiHij内方程(18)有唯一的解，解此同余方程组，得 到P。进而，可以求得模糊数h和、分别为 那么，解缠后的干涉相位微分为以任意给定的像素作为种子像素，按区域生长方法依次对相邻像素进行相位解 缠(21) = Φ^ |,ο + / ^uj式(21)中，rO表示种子像素位置，对应的积分路径为以种子像素为起点，向相邻 像素生长出的路径。从上面的分析可见，在不考虑噪声的情况下，应用中国余数定理可以方便地解决 相位模糊问题。然而实际得到的干涉图包含噪声，导致剩余数中有误差，所以fi Φ fj,同余 方程组式(18)不再严格成立，需要利用最优估计的方法求解。这时，式(18)对应写为Pi = rii+kim^i = 1,2, ···, N)(22)求解模糊数(k1;…kN)，使得Pi的差的绝对值之和最小，即 同理可得，解缠后的干涉相位微分为 以任意给定的像素作为种子像素，按区域生长方法依次对相邻像素进行相位解 缠 式(25)中，rO表示种子像素位置，对应的积分路径为以种子像素为起点，向相邻 像素生长出的路径。对于多波段InSAR相位解缠，与多基线情况类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于中国余数定理的多基线、多波段ＩｎＳＡＲ相位解缠方法，其特征在于，它包括以下步骤：①分别获取Ｎ幅配准后的两两基线比为有理数的多基线ＩｎＳＡＲ干涉图或Ｎ幅多波段ＩｎＳＡＲ干涉图，将获取的ＩｎＳＡＲ干涉图像素均记为φ↓［ｗ１］，φ↓［ｗ２］，…φ↓［ｗＮ］；②计算各干涉图中相邻像素的相位差分ｄφ↓［ｗｉ］；其中，ｉ表示不同的干涉图的编号，ｉ＝１，２，…，Ｎ；③根据基线比Ｂ↓［１］∶Ｂ↓［２］∶…∶Ｂ↓［Ｎ］或波长比λ↓［１］∶λ↓［２］∶…∶λ↓［Ｎ］构造模数比ｍ↓［１］∶ｍ↓［２］∶…∶ｍ↓［Ｎ］，进而构造整周数ｎ↓［ｉ］和剩余数ｆ↓［ｉ］：＊＊＊，其中，ｍ↓［１］：ｍ↓［２］：．．．ｍ↓［Ｎ］＝Ｂ↓［１］Ｂ↓［２］．．．Ｂ↓［Ｎ］／Ｂ↓［１］：Ｂ↓［１］Ｂ↓［２］．．．Ｂ↓［Ｎ］／Ｂ↓［２］：．．．Ｂ↓［１］Ｂ↓［２］．．．Ｂ↓［Ｎ］／Ｂ↓［Ｎ］或ｍ↓［１］∶ｍ↓［２］∶…ｍ↓［Ｎ］＝λ↓［１］∶λ↓［２］∶…λ↓［Ｎ］；④建立关于模糊相位微分的模糊数的同余方程组：ｐ＝ｎ↓［ｉ］＋ｋ↓［ｉ］ｍ↓［ｉ］（ｉ＝１，２，…，Ｎ）；⑤计算ｐ：根据中国余数定理，在０≤ｐ＜＊ｍ↓［ｉ］内解同余方程组，得到ｐ；⑥计算模糊数ｋ↓［ｊ］，ｋ↓［ｉ］＝（ｐ－ｎ↓［ｉ］）／ｍ↓［ｉ］；⑦计算解缠后的干涉相位微分ｄφ↓［ｕｉ］∶ｄφ↓［ｕｉ］＝ｄφ↓［ｗｉ］＋２π.ｋ↓［ｉ］；⑧计算干涉图任意像元的解缠相位φ↓［ｕｉ］，以给定的像素作为种子像素，按区域生长方法进行相位解缠。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张红敏，徐青，靳国旺，秦志远，周杨，孙伟，龚志辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]