[發明專利]一種基于穩定像元加權的地基SAR大氣延遲改正方法

有效

• 申請號: 201510026672.4
• 申請日: 2015-01-19
• 公開（公告）號: CN104678392B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 黃其歡;周偉;劉學敏;徐晶鑫;夏磊凱
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G06F19/00;G01S7/40;G01S7/41
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種基于穩定像元加權的地基SAR大氣延遲改正方法，屬于微波遙感測量技術領域，主要是應用在小范圍、高精度、多時相的地表變形監測領域。

背景技術

地基SAR是在星載SAR的基礎上發展起來的一項雷達微波遙感測量新型技術，具有使用靈活、平臺穩定、分辨率高、全天時全天候連續獲取高分辨率變形信息等優勢。目前在邊坡、大壩、建筑物、橋梁等變形監測領域已經有了廣泛的研究與應用。但是地基SAR也存在著系統頻率不穩定、大氣延遲、目標散射特性變化和噪聲等誤差的影響，極大的限制其在生產生活中的應用。

一般的地基SAR采用高頻信號如步進頻率連續波(SF-CW)作為傳播信號，由此帶來的一個問題就是高頻信號易受大氣影像。大氣效應尤其是大氣水汽含量在時間和空間上的變化引起的雷達信號的延遲是雷達干涉測量中難以消除的誤差之一，是制約雷達干涉測量監測精度提高的主要因素。

地基SAR差分干涉測量要求具有很高的精度，視線方向一般都要達到毫米或亞毫米級。有研究表明，對于地基SAR IBIS-L系統，在20℃1KM的距離上，僅1％濕度的變化可導致的觀測值誤差約為2mm，因此大氣延遲誤差對地基SAR差分干涉測量的影響是不可忽略的。

目前大氣擾動的校正方法主要有氣象數據補償法和穩定點法。氣象數據補償法主要是利用已獲取的雷達信號傳播路徑上的溫度、氣壓、濕度等氣象參數，建立氣象參數與大氣折射指數的數學模型，計算大氣延遲并予以改正；穩定點法利用無變形的穩定點獲取大氣延遲量，建立視線向大氣延遲與觀測距離的關系，推算待測點的視線向大氣延遲。氣象數據補償法受獲取的氣象參數采集位置及精度影響，精度較低。穩定點法精度取決于大氣的一致性及穩定點位置分布等。這兩種方法均認為大氣延遲在方位向滿足某種規律，用幾個雷達視線向大氣延遲代表其他像元的大氣延遲，未考慮大氣延遲在方位向的擾動。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種考慮了大氣延遲在方位向的擾動，提高了地基SAR干涉測量精度的基于穩定像元加權的地基SAR大氣延遲改正方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于穩定像元加權的地基SAR大氣延遲改正方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：選取時間序列地基SAR影像中的相干像元；

步驟二：根據垂線測量和全站儀測量信息在地基SAR影像中選取位移不隨時間發生變化的穩定像元，計算兩個不同時刻地基SAR影像中穩定像元的干涉相位；

步驟三：將大氣延遲作為線性變化考慮推算穩定像元在雷達視線向的大氣擾動因子；

步驟四：計算非穩定像元(i,j)的大氣擾動因子，考慮大氣延遲在方位向的相關性，非穩定像元(i,j)的大氣擾動因子根據其到穩定像元的距離加權計算；

步驟五：由非穩定像元的大氣擾動因子乘以幾何距離得到其大氣延遲量。

步驟三中的雷達視線向即地基SAR系統測量時所發射雷達脈沖方向。

步驟四里的方位向的意思簡單來說就是大氣延遲在不同的方向上是不同的。

步驟一所采用的選取方法為雙閾值相干目標選取法；所述雙閾值相干目標選取法包括平均相干系數閾值法和振幅離差指數閾值法；

平均相干系數閾值法的方案步驟如下：

相干系數γ是定義在兩個隨機平穩序列s₁(t)和s₂(t)上的，假設s₁(t)和s₂(t)各態歷經，利用窗口大小為L的空間平均代替匯集平均，以作為γ的估計，

式(1)中，s₁和s₂表示構成干涉像對的兩幅地基SAR影像，s₁(M)和s₂(M)表示對應像元的復數，*表示復數共軛，M是像素坐標；的大小介于0與1之間，越大表示地基SAR影像間的相干性較好；

連續觀測模式中，N+1幅地基SAR影像采用相鄰干涉模式得N個干涉對，由式(1)計算相干系數γi,i＝1,2…N，則平均相關系數均值為

根據相干目標數量與平均相干系數之間的關系，給定閾值T_γ＝0.3，將大于閾值T_γ的像元作為相干目標初選結果；

振幅離差指數閾值法的方案步驟如下：該方法在時間序列地基SAR影像中求取每個像元的振幅均值m_A及標準差σ_A，按下式計算振幅離差指數D_A