[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

本發明公開了一種基于相位導數方差的InSAR長短基線融合相位估計方法，InSAR系統中基線長度的增加會提高測高精度但同時也會加大相位解纏的難度。因此在本發明中充分發揮了長短基線的優勢，利用長短基線獲取的同一場景的互補信息提高了相位估計的精度，基于相位導數方差準確標記了長短基線各自的不連續區域像素點，在此基礎上利用長短基線各自的絕對相位中每個像素點的連續特性，自適應選取不同的融合方法，實現了長基線絕對融合相位的估計。經過仿真驗證，本發明提出的方法可以有效地抑制噪聲引起的解纏錯誤，顯著減少了跳變點的個數，與傳統多基線最大似然相位解纏算法相比，運算效率顯著提升，最終提高了長基線域融合絕對相位的估計精度和魯棒性。

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達干涉處理領域，具體是指一種基于相位導數方差的InSAR長短基線融合相位估計方法。

背景技術

合成孔徑雷達(SAR)系統目前已經發展成為一種非常重要的微波遙感探測技術，該技術通過發射雷達波，實現對地面的主動式觀測。由于雷達波是微波波段，具備較強的穿透能力，因此具有全天時、全天候工作能力的獨特優勢。合成孔徑雷達干涉測量技術(InSAR)則是將SAR成像技術和干涉技術結合起來，通過獲取兩副或多副相對于同一地區的SAR圖像相位信息和地形的幾何關系，從而高效地獲取大面積地形高程信息，是目前地形測高主要手段之一。鑒于以上優點，該技術目前已經迅速發展為一項極具應用價值的微波遙感技術，在地表測繪、形變檢測、災害監測、冰川研究等科學研究及民用領域發揮著越來越重要的作用，具有極高的研究價值。

傳統單基線InSAR技術利用單一基線對應的兩幅SAR主輔圖像配準生成纏繞干涉相位，經過相位解纏和控制點校正后獲得絕對相位，最后根據InSAR的成像空間幾何關系從絕對相位反演得到觀測場景的高程信息。傳統的單基線InSAR系統對系統噪聲、相位噪聲比較敏感，并且容易受到大氣效應、空間/時間去相干、數據疊掩陰影、頂底倒置等因素的影響，嚴重降低了測高精度。為了克服單基線InSAR技術的不足，在此基礎上，多基線InSAR技術被提出，其基本原理是利用多個基線獲取多個通道的數據，增加了觀測信息，從而解決單基線InSAR技術難以處理的問題。

基于InSAR技術的原理分析得到：短基線的干涉條紋較稀疏，相干性高，因此比較容易解纏，但是高程反演精度較低，難以展示地形變化細節；而長基線的干涉條紋較密集，且相干性較低，增加了相位解纏的難度，但是長基線反演高程時可以反映更多的地形變化細節，測高精度較高。綜上可知，單基線InSAR技術無法兼顧干涉相干性和反演高程精度的要求，即基線長度與高程細節是一個比較難以克服的矛盾。在單基線的解纏算法中，往往是基于相位連續性假設，即相鄰像素之間的相位差絕對值需要小于π，而現實中存在許多復雜陡峭的地形，如高樓建筑、懸崖峭壁等等，并且纏繞相位容易受到噪聲的影響，這些因素都將導致相位不連續，從而增大了單基線相位解纏的難度，降低了解纏相位的精度。多基線InSAR技術可以獲取不同基線下的多幅干涉圖像進行處理，這意味著可以得到更多的觀測信息，有效克服單基線InSAR系統的不足。

現有的多基線InSAR相位解纏技術主要有以下幾類，第一類是多基線最大似然相位解纏算法，其原理為利用不同基線下的干涉相位概率密度函數，對干涉圖中每一個像素點的干涉相位實現最大似然估計，但該算法的相位估計精度受SAR工作頻率、相干系數以及干涉圖數量的影響，當相干系數較低或者干涉圖數量較多時，相位噪聲也相應增大，利用多基線最大似然相位解纏將會產生較大誤差甚至失效；第二類是多基線最大后驗相位解纏算法，其原理為利用多基線干涉圖中相鄰像素信息，采用最大后驗估計算法提高反演精度，但是此類算法的局限性在于多基線下最大后驗估計算法的運算時間長，內存壓力大。第三類是利用多基線干涉相位與模糊數之間的關系進行相位解纏，主要是中國余數定理與其改進算法，但是這種方法的噪聲魯棒性較差，無法在實際中應用。

發明內容