[發明專利]一種基于相位導數方差的InSAR長短基線融合相位估計方法

有效

• 申請號: 202110592176.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113311432B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 徐華平;王媛;曾國兵;李威;游禎萬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;鄧治平

1.一種基于相位導數方差的InSAR長短基線融合相位估計方法，其特征在于：所述方法包括以下幾個步驟：

步驟一：利用長基線和短基線的SAR主輔圖像分別進行圖像配準，得到同一場景下長短基線各自的SAR主輔圖像干涉相位；

步驟二：采用移除參考地形相位方法：選擇所述同一場景下的方位向上近距端和遠距端的兩個控制點，分別計算所述兩個控制點的坐標和長短基線各自的SAR主 輔圖像對應的天線位置坐標之間的距離，即兩個控制點的斜距，再計算出所述兩個控制點的斜距差，最終擬合出長短基線各自的參考地形相位；

步驟三：將長短基線各自的SAR主輔圖像干涉相位均減去長短基線各自的參考地形相位，剩下的相位即為長短基線各自移除參考地形相位后的殘余相位，然后計算長短基線各自移除參考地形相位后殘余相位的相干系數，再依次對長短基線各自移除參考地形相位后的殘余相位進行干涉圖濾波、相位解纏以及控制點校正，最終得到長短基線各自移除參考地形相位后的絕對相位；

步驟四：采用基于相位導數方差、跳變點判別以及圖像膨脹原理的不連續區域判別方法：針對所述長短基線各自移除參考地形相位后的絕對相位，分別求出長短基線各自移除參考地形相位后的絕對相位歸一化的相位導數方差，將所述相位導數方差作為質量圖引導，結合絕對相位上的跳變點和圖像膨脹原理，標記出長短基線各自移除參考地形相位后的絕對相位的不連續區域；

步驟五：采用基于長短基線相位連續特性的自適應融合相位估計方法：根據步驟四所述的長短基線各自移除參考地形相位后的絕對相位的不連續區域和步驟三中所述的相干系數，針對長短基線長短基線各自移除參考地形相位后的絕對相位的連續特性，自適應選取融合相位估計方法，最終得到相位精度更高的長基線移除參考相位后的絕對融合相位；

所述步驟二中，移除參考地形相位方法具體實現過程為：

(1)選擇所述同一場景下的方位向上近距端和遠距端的兩個控制點，分別計算所述兩個控制點坐標和長短基線各自的SAR主 輔圖像對應的天線位置坐標之間的距離，即兩個控制點的斜距，再計算出所述兩個控制點的斜距差；

(2)從InSAR空間幾何關系出發，假定在SAR主輔圖像對應場景的同一個方位向上，SAR主輔圖像的斜距差沿距離向的變化是線性的，則利用所述兩個控制點的斜距差和SAR主輔圖像同一方位向上像素點的總個數即可求解出參考地形相位線性關系表達式y＝ax+b中的參數a和b；

(3)最終的參考地形相位通過線性關系表達式y＝ax+b計算得到，其中y代表SAR主輔圖像同一方位向上每一個像素點的參考地形相位，x代表每一個像素點在同一個方位向上的順序；

(4)按照以上方法分別求出長短基線各自的參考地形相位，將長短基線各自的SAR主輔圖像干涉相位均減去長短基線各自的參考地形相位，實現了長短基線各自的移除參考地形相位；

所述步驟四中，基于相位導數方差、跳變點判別以及圖像膨脹原理的不連續區域判別方法具體實現過程為：

(1)計算移除參考地形相位后絕對相位的歸一化相位導數方差，設置一個0～1之間的相位導數方差閾值，將移除參考地形相位后絕對相位中歸一化相位導數方差大于相位導數方差閾值的像素點標記為不連續像素點，不連續像素點代表相位梯度變化劇烈的像素點，將這些不連續像素點的集合記為mark1；

(2)根據跳變點的判別方法，將移除參考地形相位后絕對相位中與相鄰像素點的相位梯度差絕對值超過π的像素點判定為跳變點，跳變點標記出噪聲引起的孤立區域和條狀區域的邊緣不連續像素點，將這些邊緣不連續像素點的集合記為mark2；

(3)取集合mark1和集合mark2的并集之后，利用圖像膨脹原理，設置一個圓形結構元素，以并集里的所有像素點為圓心進行膨脹操作，最終實現將孤立區域的內部不連續像素點和條狀區域附近的不連續像素點都標記出來，將標記出來的所有不連續像素點形成的不連續區域記為mark；

(4)按照所述方法分別求出長短基線各自的移除參考地形相位后絕對相位的不連續區域。

2.根據權利要求1所述的基于相位導數方差的InSAR長短基線融合相位估計方法，其特征在于：所述步驟五中，基于長短基線相位連續特性的自適應融合相位估計方法具體實現過程為：

(1)利用步驟四所述的長短基線各自的移除參考地形相位后絕對相位的不連續區域，將長短基線各自的移除參考地形相位后絕對相位中的每個像素點標記為連續像素點或不連續像素點；

(2)因為長短基線各自的移除參考地形相位后絕對相位中像素點的個數是相同的，因此可以根據相同坐標位置的像素點在長基線和短基線中的連續特性分成四種情況，分別是：第一種情況，相同坐標位置的像素點在長基線中是不連續像素點，在短基線中是連續像素點；第二種情況，相同坐標位置的像素點在長基線中是不連續像素點，在短基線中也是不連續像素點；第三種情況，相同坐標位置的像素點在長基線中是連續像素點，在短基線中也是連續像素點；第四種情況，相同坐標位置的像素點在長基線中是連續像素點，在短基線中是不連續像素點；

(3)根據所述四種情況，自適應采取對應的融合方法，兩種融合方法具體實現過程為：

(4)對于第一種情況，即相同坐標位置的像素點在長基線中是不連續像素點，在短基線中是連續像素點，將滿足第一種情況的像素點所對應的短基線移除參考地形相位后的絕對相位數值乘以長基線與短基線的長度比例值，得到的絕對相位替換滿足第一種情況的像素點所對應的長基線移除參考地形相位后原本的絕對相位；

(5)對于第二、三、四種情況，利用步驟三中所述的長短基線各自移除參考地形相位后殘余相位的相干系數和長基線與短基線的長度比例值，得到長短基線各自移除參考地形相位后殘余相位的歸一化概率密度函數，最終得到長短基線的聯合概率密度函數，采用最大似然法對所述聯合概率密度函數進行峰值搜索，搜索到的峰值為最大似然估計值，將所述最大似然估計值替換滿足第二、三、四種情況的像素點所對應的長基線移除參考地形相位后原本的絕對相位；

(6)采用以上兩種融合方法即實現長基線移除參考地形相位后相位精度更高的絕對融合相位估計。