對多基線干涉sar相位偏置進行估計的方法
【專利摘要】本發明對多基線干涉SAR相位偏置進行估計的方法，根據干涉SAR的幾何關系，建立地物目標高程與相位偏置的關系；在多基線干涉里建立一對天線構成的干涉的相位偏置φoff_kl與另一對天線構成的干涉的相位偏置φoff_mn的關系；以SAR成像時的參考高程或外部粗DEM來構建地物目標高程區間，對其等間隔劃分M份，求取對應的φoff_kl(hi)與φoff_mn(hi)；對φoff_kl和φoff_mn線性擬合；對兩個干涉構成的干涉組合中的J對同名點分別進行φoff_kl與φoff_mn的線性擬合；對多基線干涉中兩兩干涉構成的所有干涉組合中所有同名點的相位偏置進行線性擬合并組成線性方程組；利用加權最小二乘法求解線性方程組；用估計的相位偏置反演DEM，獲得地物目標的高程，并以此高程為基礎，縮小地物目標的高程區間，進行相位偏置的迭代估計。
【專利說明】對多基線干涉SAR相位偏置進行估計的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號處理【技術領域】，尤其是一種對多基線干涉合成孔徑雷達進行相位偏置估計的方法。
【背景技術】
[0002]合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一種主動式二維高分辨成像雷達，其在距離向(波束照射方向)通過發射大時間帶寬積的線性調頻信號，采用脈沖壓縮技術來獲取高分辨率，在方位向(平臺運動方向，通常與距離向垂直)利用目標和雷達的相對運動形成的軌跡來構成一個合成孔徑來取代龐大的陣列實孔徑來獲取高分辨率。干涉合成孔徑雷達(Interferometric SAR, InSAR)是指利用兩部或多部不同位置處的合成孔徑雷達對同一場景進行觀測，并通過數據的后處理獲取場景的高程信息。由干涉合成孔徑雷達系統的回波數據獲取場景數字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)的主要步驟包括運動補償、成像、配準、濾波、相位解纏、干涉定標、高程反演。多基線干涉合成孔徑雷達技術是一種新型合成孔徑雷達地面測繪技術，它可以獲取比傳統的單基線干涉合成孔徑雷達測量更為精確地地面三維信息。與常規干涉合成孔徑雷達測量技術相比，多基線干涉合成孔徑雷達的信號處理方法能夠克服或減少由于目標高度的陡峭變化、較大噪聲干擾以及在獲取具有相同斜距的散射點高度時帶來的不利影響。如圖1示出多基線干涉合成孔徑雷達的幾何關系圖，其中Hi代表天線Ai的海拔高度；P i代表天線Ai與海拔高度為h的目標的距離；e i代表天線Ai的下視角，下視角e i是p i與Hi的夾角；BU和a ,j分別代表干涉的基線長度以及基線和水平線的夾角，i，j是各天線的序號，i，j = 1，2,3...N,且i古jo
[0003]在干涉合成孔徑雷達的干涉處理中，由兩部天線回波數據產生的圖像共軛復乘獲取的干涉相位是模2 后的相位，采用相位展開的方法可以獲取無纏繞的干涉相位。但該展開相位與絕對干涉相位仍相差一個2 的整數倍(此處忽略了系統可能引起的誤差因子)，使得該相位值并不是與距離延遲成比例的絕對干涉相位。如果相位展開正確的話，在整個干涉圖中這個整數就是一個固定的常數。有很多方法可以獲取絕對干涉相位，目前采用最多的方法是利用地面控制點(Ground Control Points, GCPs)的測量高度和干涉幾何關系，通過定標方法估計相位偏置。由該地面控制點的信息計算出相位偏置，從而整個圖像的絕對干涉相位都可以確定。但干涉合成孔徑雷達系統在實際的作業中，測繪場景中很可能無法布放地面控制點(兩面角反射器、三面角反射器等)。因此，在缺少地面控制點的情況下，根據數據估計相位偏置顯得尤為必要。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是解決現有技術中存在的問題，提供一種對多基線干涉SAR相位偏置進行估計的方法。
[0005]本發明所提出的一種對多基線干涉SAR進行相位偏置估計的方法，該估計方法包括以下步驟:[0006]步驟S1:根據干涉合成孔徑雷達的幾何關系，建立地物目標高程與相位偏置的關系;
[0007]步驟S2:在多基線干涉里建立一對天線Ak和天線^構成的干涉的相位偏置(^ff kl與另一對天線Am和天線An構成的干涉的相位偏置$ off ffln的關系，且I < k < I < N，I < m
<n≤N，N為多基線干涉的天線總個數，N≤3 ;
[0008]步驟S3:以合成孔徑雷達成像時的參考高程或外部粗場景數字高程模型來構建地物目標高程區間，把地物目標高程區間等間隔劃分M份，求取每個高程對應的多基線干涉里的一對天線Ak和天線A1構成的干涉的相位偏置^KffJ5lOii)和另一對天線Am和天線An構成的干涉的相位偏置^KffjinOii), M為區間等間隔份數，M為自然數，比為第i區間的地物目標高程；
[0009]步驟S4:對多基線干涉里一對天線Ak和天線A1構成的干涉的相位偏置$ offJtl和另一對天線Am和天線An構成的干涉的相位偏置0 offJin進行線性擬合；
[0010]步驟S5:把多基線干涉里一對天線Ak和天線A1構成的干涉與另一對天線Am和天線An構成的干涉進行組合形成干涉組合，然后對干涉組合中的J對同名點分別進行一對天線Ak和天線A1構成的干涉的相位偏置0 offJtl與另一對天線Am和天線An構成的干涉的相位偏置的線性擬合，J為干涉組合中的同名點對數，且J≥2 ；
[0011]步驟S6:把多基線干涉里兩兩干涉構成的所有干涉組合中的所有同名點的相位偏置進行線性擬合并組成線性方程組LO = B，其中L是由多基線干涉里兩兩干涉構成的所有干涉組合中的所有同名點的相位偏置進行線性擬合得到的線性系數構成的系數矩陣，O是由多基線干涉里兩兩天線構成的干涉的相位偏置構成的未知列向量，B是由多基線干涉里兩兩干涉構成的所有干涉組合中的所有同名點的相位偏置進行線性擬合得到的常數系數構成的列向量；
[0012]步驟S7:利用加權最小二乘法求解線性方程組獲得多基線干涉里待估計的各個相位偏置，其中加權系數由同名點的等效相位標準差來決定；
[0013]步驟S8:利用估計的相位偏置反演場景數字高程模型，獲得地物目標的高程，然后以獲得地物目標的高程為基礎，縮小地物目標的高程區間，進行相位偏置的迭代估計。
[0014]本發明基于同名點實現了多基線干涉合成孔徑雷達中相位偏置的估計，與現有技術相比優點在于:
[0015](I)本發明不需要在進行測繪時布放地面控制點，大大降低測繪工作量，提高干涉合成孔徑雷達進行測繪的作業效率；
[0016](2)本發明使得在對某些如荒山、沼澤等難以布放地面控制點的測區進行測繪時仍然能夠精確估計相位偏置，獲得高精度的場景數字高程模型DEM ；
[0017]本發明方法能夠在無地面控制點的情況下估計多基線干涉合成孔徑雷達的相位偏置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是多基線干涉合成孔徑雷達的幾何關系圖；
[0019]圖2是本發明方法的流程圖；
[0020]圖3是干涉合成孔徑雷達的幾何關系圖。【具體實施方式】
[0021]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0022]如圖2示出本發明方法的流程圖，本發明所提出的一種對多基線干涉合成孔徑雷達進行相位偏置估計的方法包括以下步驟:
[0023]步驟SI，根據干涉合成孔徑雷達的幾何關系，建立地物目標高程h與相位偏置小off的關系；
[0024]干涉合成孔徑雷達的幾何關系如圖3所示，假設天線A1為主天線，則
[0025]
【權利要求】
1.一種對多基線干涉合成孔徑雷達相位偏置進行估計的方法，其特征在于，該估計方法包括以下步驟:步驟S1:根據干涉合成孔徑雷達的幾何關系，建立地物目標高程與相位偏置的關系；步驟S2:在多基線干涉里建立一對天線Ak和天線A1構成的干涉的相位偏置C^ff kl與另一對天線Am和天線An構成的干涉的相位偏置tff _的關系，且I≤k < I≤N，I≤m<n≤N，N為多基線干涉的天線總個數，3 ； 步驟S3:以合成孔徑雷達成像時的參考高程或外部粗場景數字高程模型來構建地物目標高程區間，把地物目標高程區間等間隔劃分M份，求取每個高程對應的多基線干涉里的一對天線Ak和天線Ajg成的干涉的相位偏置^KffJ5lOii)和另一對天線Am和天線An構成的干涉的相位偏置M為區間等間隔份數，M為自然數，比為第i區間的地物目標高程； 步驟S4:對多基線干涉里一對天線Ak和天線A1構成的干涉的相位偏置(^ff kl和另一對天線Am和天線An構成的干涉的相位偏置0 offJin進行線性擬合； 步驟S5:把多基線干涉里一對天線Ak和天線A1構成的干涉與另一對天線Am和天線An構成的干涉進行組合形成干涉組合，然后對干涉組合中的J對同名點分別進行一對天線Ak和天線A1構成的干涉的相位偏置0 offJtl與另一對天線Am和天線An構成的干涉的相位偏置^offjn的線性擬合，J為干涉組合中的同名點對數，且J ^ 2 ； 步驟S6:把多基線干涉里兩兩干涉構成的所有干涉組合中的所有同名點的相位偏置進行線性擬合并組成線性方程組LO = B，其中L是由多基線干涉里兩兩干涉構成的所有干涉組合中的所有同名點的相位偏置進行線性擬合得到的線性系數構成的系數矩陣，O是由多基線干涉里兩 兩天線構成的干涉的相位偏置構成的未知列向量，B是由多基線干涉里兩兩干涉構成的所有干涉組合中的所有同名點的相位偏置進行線性擬合得到的常數系數構成的列向量； 步驟S7:利用加權最小二乘法求解線性方程組獲得多基線干涉里待估計的各個相位偏置，其中加權系數由同名點的等效相位標準差來決定； 步驟S8:利用估計的相位偏置反演場景數字高程模型，獲得地物目標的高程，然后以獲得地物目標的高程為基礎，縮小地物目標的高程區間，進行相位偏置的迭代估計。
【文檔編號】G01S7/41GK103630898SQ201310100902
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年3月27日 優先權日:2013年3月27日
【發明者】李銀偉, 向茂生, 韋立登 申請人:中國科學院電子學研究所