[發明專利]干涉合成孔徑雷達三維地形成像系統及其高程測繪方法

無效

• 申請號: 200910022496.1
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN101551455A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 李真芳;于瀚雯;索志勇;郭交;劉艷陽;王萍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，具體的說是一種干涉合成孔徑雷達系統，可用于機載干涉合成孔徑雷達對三維高程地形的測量。

背景技術

干涉合成孔徑雷達InSAR是以合成孔徑雷達SAR獲得的復數據提取的相位信息為信息源來獲取地表的三維信息和變化信息的一項技術。傳統InSAR通過兩副天線同時觀測，或兩次近平行的觀測，獲取同一地面場景的復圖像對。由于地面目標與兩天線位置的幾何關系在復圖像上產生了相位差，形成包含地面目標與兩天線位置之差信息的干涉條紋，因此，利用傳感器高度、雷達波長、波束視角及天線基線之間的幾何關系，可以精確地測量出SAR圖像上每一像素的三維位置和高度變化信息。

干涉合成孔徑雷達測量發展30多年來，其應用領域不斷地擴展。三維測高方面的應用包括：三維地形高度測量，DEM圖的生成；地震學方面的應用，包括震前預測，抗震構造的機理研究；地面的下陷與抬升，海床的擴張等；冰川研究等地球動力學方面的應用，包括冰川地形測量，冰速測量；樹高測量，林區地形，森林調查與制圖等；海洋測繪方面的應用，包括海波與海流的測量等。

傳統的兩孔徑機載干涉合成孔徑雷達，由于只有兩個接收孔徑，其所能接收到的干涉相位圖只有一幅，這也就導致了傳統機載干涉合成孔徑雷達的三維成像必須依賴干涉相位圖內各相鄰像素間的相位梯度，這就是造成傳統機載干涉合成孔徑雷達所能夠觀測的三維地形必須要求緩慢且連續變化的根本原因。事實上，這種對地形緩慢或連續變化的要求對于實際地形來說是十分苛刻的，這一要求導致傳統機載干涉合成孔徑雷達能夠觀測的地形十分有限。例如，在2008年汶川地震時由于汶川地區多陡峭的山峰，而且加上地震導致地貌劇烈形變，傳統的機載干涉合成孔徑雷達對上述這種地形是無能為力的。

傳統的兩孔徑機載干涉合成孔徑雷達，其三維高程成像是基于相鄰像素的相位梯度信息，從而導致了相位展開算法復雜度高，運算時間長。由于突發事件例如地震、山體滑坡等對雷達測繪的實效性需求非常高，因而傳統的兩孔徑機載干涉合成孔徑雷達很難達到實時測繪成像的需求。

發明內容

本發明的目的在于避免上述傳統兩孔徑機載干涉合成孔徑雷達的不足，提供一

種三孔徑機載干涉合成孔徑雷達三維地形快視成像系統及其高程測繪方法，以實現對各類復雜三維地形的實時、快視觀測。

發明實現手段

為實現上述目的，本發明提供的干涉合成孔徑雷達三維地形成像系統，采用單航過干涉測量模型，包括：三個子孔徑天線、雷達波發射機、雷達波接收機和成像數據處理器，該成像信號處理器包括SAR圖像處理單元和InSAR圖像處理單元，其中：三個子孔徑天線垂直于飛機飛行方向放置，以實現三維高程地形的繪制；InSAR處理單元中包括：圖像配準子單元、相位濾波子單元、高程反演子單元和多基線相位展開四個子單元，該多基線相位展開子單元固化有基于聚類分析的相位展開處理程序，實現對所有像素點的逐類相位展開。

所述的三個子孔徑天線的任意兩個子孔徑組成一組，每一組對應一個基線長度，該兩個基線長度不同，且兩個長度之間的最大公約數為1，且兩個基線長度同時滿足極限基線、展寬模糊高度、高程精度、相位展開精度這四方面的要求。

為實現上述目的，本發明提供進行三維地形高程測繪的方法，包括如下步驟：

1)將雷達接收到的回波生成三幅二維復圖像；

2)對三幅二維復圖像進行距離向和方位向偏移的配準，并分別在不同基線長度下提取每兩個孔徑天線與地面同一目標之間的相位差，得到兩幅干涉相位圖；

3)對兩幅干涉相位圖像進行濾除噪聲處理；

4)對濾除噪聲后的干涉相位圖進行基于聚類的多基線相位展開，得到真實相位圖；

5)用真實相位圖內每一像素點對應的真實相位值，乘以地形高度比例因子，得到三維地形高程圖。

本發明具有如下優點

a)適用性廣：由于本發明采用了三個子孔徑天線，其中每一組對應一個基線長度，該兩個基線長度不同，且兩個長度之間的最大公約數為1。因而能夠大大提高了模糊高度，實現對快速變化地形和突變地形的觀測，如對懸崖和樓房的觀測。

b)實效性強：由于本發明采用基于聚類分析的相位展開方法，其復雜度遠遠低于傳統的相位展開方法，因此具有明顯的實時和快視成像處理能力。

c)抗噪聲能力強：由于本發明在InSAR處理單元的相位展開子單元中采用的了基于聚類分析的相位展開方法，該方法通過對像素點進行聚類后再逐類進行相位展開，因此有較強的噪聲魯棒性。

附圖說明

圖1是本發明的三維高程測繪原理圖；