[發明專利]結合UKF和AMPM的多基線InSAR高程重建方法

有效

• 申請號: 202011642826.X
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112835041B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（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

本發明公開了一種結合UKF和AMPM的多基線InSAR高程重建方法，本方法首先構造穩健的UKF高程重建系統模型，并利用具有較強噪聲抑制能力的AMPM算法提取UKF高程重建系統模型所需的干涉相位梯度估計值；其次，在邊緣檢測技術的基礎上利用ML算法估計的地形高程圖與多幅干涉圖來確定不連續邊界圖，然后在路徑跟蹤策略下引導UKF算法重建高程，在連續區域采用UKF估計的高程值，在不連續區域則采用ML估計的高程值，從而突破相位不連續條件的限制，獲得地形高程估計值。本方法提高了高程重建的可靠性；提高了高程重建精度；具有較強的抗噪性能。

技術領域

本發明涉及多基線InSAR高程重建技術領域，具體是一種結合無味卡爾曼濾波(Unscented?Kalman?filter，簡稱UKF)和基于修正矩陣束模型的局部相位梯度估計算法(AMPM)的多基線InSAR高程重建方法。

背景技術

干涉合成孔徑雷達(Synthetic?Aperture?Radar?Interferometry，簡稱InSAR)是一項廣泛應用于地理信息系統構建、環境監測、軍事偵查等領域的技術，其利用目標地形的反射微波信號生成該區域包含纏繞相位信息的干涉圖來估計地表的高程信息和變化信息，最后建立觀察地形的數字高程模型(Digital?Elevation?Model，簡稱DEM)。傳統單基線InSAR技術包括枝切法、質量引導算法、最小二乘法、最小費用流等算法，受限于相位連續性假設，難以應用在如山谷、陡峭山脈和城市等復雜地形高程重建中。而多基線InSAR技術可利用多個基線對同一區域進行高程重建，具有在不連續或突變地形高程重建中獲得高精度DEM的潛力。

目前，多基線InSAR高程重建技術中具有代表性的算法有利用真實相位與纏繞相位符合圓高斯分布的性質構建似然函數，從而估計出高程值的最大似然估計(MaximumLikelihood，簡稱ML)法和利用不同基線長度互質這一特性來求解同余方程，以獲取相位模糊數，從而得出解纏相位及高程的中國余數定理(Chinese?Remainder?Theorem，簡稱CRT)法等方法。ML估計算法避免了復雜的相位解纏過程，防止了誤差傳遞的現象的發生，但該方法易受干涉相位噪聲的影響，其高程估計地圖中由干涉相位噪聲導致生成的“毛刺點”較多，誤差較大。

為了解決ML估計方法的缺點，Ferraiuolo等人提出了最大后驗概率(Maximum?aposteriori，簡稱MAP)估計方法，該方法在ML估計方法的基礎上結合了馬爾可夫隨機場的先驗模型，迭代估計其反映相鄰像素點分布關系的超參數，使得重建出來的高程圖“毛刺點”大大減少，但計算耗時較長。為此，Giampaolo提出將基于全變分(Total?Variation，簡稱TV)模型的能量函數應用于MAP估計算法中，省略了迭代估計超參數的過程，大大減少了運行時間。同時，Roberto提出了將擴展卡爾曼濾波算法(EKF)應用到了ML算法上，具有一定平滑噪聲的作用。基于CRT的多基線InSAR技術可以在理想的無噪聲狀態下獲取解纏相位，但該算法對干涉相位噪聲非常敏感。袁志輝等提出了一種改進的具有封閉式解的多基線魯棒性CRT算法，提高了CRT算法噪聲魯棒性，但仍受噪聲嚴重影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，而提供一種結合UKF和AMPM的多基線InSAR高程重建方法，該方法不但具有較強的抗噪聲性能，且能在地形不連續區域中保留完整的地形邊緣特征。

實現本發明目的的技術方案是：

一種結合UKF與AMPM的多基線InSAR高程重建方法，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，使用窗口為3×3的中值濾波器對h_ML進行濾波得到濾波高程圖其中最大似然率和聯合最大似然率F_ML(Φ|h)的計算公式如下：