[發(fā)明專利]結合UKF和AMPM的多基線InSAR高程重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011642826.X
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112835041B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 謝先明;宋明輝
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 覃永峰

1.一種結合UKF和AMPM的多基線InSAR高程重建方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)利用ML算法從多幅干涉相位圖中估計出粗略的地形高程h_ML，使用中值濾波器對h_ML進行濾波得到濾波高程圖其中最大似然率和聯(lián)合最大似然率F_ML(Φ|h)的計算公式如下：

公式(1)和公式(2)中，h為對應的地表高程值，代表第l通道的干涉圖纏繞相位，γ_l表示第l通道的干涉圖相干系數(shù)，α_l表示與InSAR系統(tǒng)第l通道相關的成像參數(shù)，Φ為可觀測到的干涉相位纏繞向量；

2)構造穩(wěn)健的UKF系統(tǒng)模型，把L通道歸一化的復干涉信號的同相分量和正交分量分別作為狀態(tài)變量的觀測值，UKF系統(tǒng)模型表示如下：

公式(3)與公式(4)中，x(m,n)為像素點(m,n)的地形高度，作為狀態(tài)變量；為像素(m,n)與其相鄰像素(a,s)之間的高度梯度估計，ε_(m,n)|(a,s)為像素(m,n)與其相鄰像素(a,s)之間的高度梯度誤差；是第l通道的干涉圖像素(m,n)與其相鄰像素(a,s)之間的相位梯度估計，由AMPM算法估計得到；z(m,n)為觀測向量，h[x(m,n)]為不含噪聲的觀測向量，v(m,n)為附加在歸一化復干涉信號同相分量和正交分量上的測量噪聲，z_l(m,n)為第l通道的觀測向量；h_l[x(m,n)]為第l通道的不含噪聲的觀測向量，v_l(m,n)為附加在第l通道的歸一化復干涉信號同相分量和正交分量上的測量噪聲，其中，由AMPM算法可得如下公式：

公式(5)中，為局部窗口內(nèi)列方向的單位相位梯度估計值，為局部窗口內(nèi)行方向的單位相位梯度估計值；

3)計算每幅干涉相位圖的殘差點，即若2×2相鄰像素的纏繞相位梯度的環(huán)積分值絕對值為2π，則定義該像素點為殘差點，并進行“或”運算得到一幅殘差點二值化圖；

4)對步驟1)得到的高程圖進行均值濾波，然后使用Sobel算子對其進行邊緣檢測，得到一幅邊緣檢測的二值化圖，然后與步驟3)得到的二值化圖像繼續(xù)進行“或”運算，得到一幅新的二值化圖像，其中“1”代表低可靠像素點，“0”代表高可靠像素點；

5)根據(jù)步驟4)得到的二值化圖像，生成一個新的表示相位不連續(xù)的二值化圖像，記為“EDGE”；

6)創(chuàng)建路徑跟蹤策略所需的鏈接列表，用于存儲和排序等待展開并在展開階段進一步定義等待像素；

7)計算最長基線的干涉相位質(zhì)量圖，在本文的實驗中，指導UKF系統(tǒng)模型高程重建路徑的質(zhì)量圖是干涉圖的相位導數(shù)方差圖，其中質(zhì)量值ρ_m,n的計算公式為：

公式(6)中，是以像素點(m,n)為中心的窗口內(nèi)纏繞相位值，d×d表示窗口的大小；

8)根據(jù)路徑跟蹤策略，選取干涉圖中最長基線對應的質(zhì)量值最高的一個非邊界像素作為起始像素，即種子像素，由步驟1)獲得其高度估計值，將與種子像素直接相連的四個相鄰像素即上像素、下像素、左像素和右像素之間的非邊界像素標記為等待展開的像素，分別插入步驟6)構建的鄰接列表中，以此來引導UKF高程重建過程，其中UKF的預測公式表示如下：

公式(7)中，為像素點(a,s)的狀態(tài)估計值，為狀態(tài)值估計誤差，表示像素點(m,n)的預測狀態(tài)估計值，表示像素點(m,n)的預測估計誤差，Ψ表示相鄰八個像素點中已解纏的像素點集合，x[(m,n)|(a,s)]表示通過像素點(a,s)得到的像素點(m,n)的預測值，κ表示相鄰八個像素點中已解纏的像素點個數(shù)，為新的狀態(tài)預測值，為新的狀態(tài)預測誤差值，χ_j(m,n),j＝0,1,2表示像素點(m,n)狀態(tài)估計的Sigma點，Q_(m,n)|(a,s)表示像素點(m,n)與像素點(a,s)的相位梯度估計誤差協(xié)方差，和為相應的自適應因子，更新公式如下：

公式(8)中，表示相應的Sigma點預測值，z^-(m,n)表示干涉圖中像素點(m,n)的觀測矢量預測值，ρ(m,n)表示干涉圖中像素點(m,n)的增益矩陣，表示干涉圖中像素點(m,n)的觀測誤差方差，P_zz(m,n)和P_xz(m,n)表示加入自適應因子后的相應的估計誤差，為干涉圖中像素點(m,n)的最終高程估計值，為干涉圖中像素點(m,n)的最終估計誤差方差；

9)獲取步驟8)中所構建的鄰接列表中質(zhì)量值最高的像素x，如果像素x的邊緣值為0，則利用UKF相位解纏程序獲得像素x的高度估計及其估計誤差方差，若邊緣值為1，則將步驟1中濾波后的ML高程作為像素x的高度估計數(shù)，再應用公式(7)得到像素x的估計誤差方差，然后，再從構建的鄰接列表中刪除像素x，將像素x的4個領域間的非邊界未解纏像素點分別標記為等待像素點，再按路徑跟蹤策略插入到鏈接列表中；

10)判斷鄰接列表是否為空，若非空，則繼續(xù)執(zhí)行步驟9)；若為空，則算法結束，得到重建的高程圖。