[發明專利]一種質量圖和最小費用流結合的InSAR干涉相位兩步解纏方法

有效

• 申請號: 202110592194.9
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113311433B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 徐華平;曾國兵;王媛;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

本發明涉及一種質量圖和最小費用流結合的InSAR干涉相位兩步解纏方法，將干涉相位的相位導數方差和相干系數作為相位質量圖，第一步通過設置閾值找到干涉相位的高質量不規則區域并采用Delaunay三角網絡連接，然后對該高質量不規則區域使用質量圖算法進行相位解纏。第二步對第一步解纏剩下的相對低質量不規則區域再次用Delaunay三角網絡連接，對低質量不規則區域通過連接正負殘差像素點得到最佳枝切線路，采用最小費用流法進行相位解纏，最終得到整幅圖像的解纏相位。本發明可以盡可能的發揮兩種相位解纏算法的優點，在計算速度、解纏成功率以及魯棒性等方面都有很大的提升。

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達干涉處理領域，具體是指一種針對干涉合成孔徑雷達(簡稱InSAR)的質量圖和最小費用流相結合的兩步干涉相位解纏方法。

背景技術

合成孔徑雷達(SAR)系統是一種通過發射雷達波實現對地面的主動式觀測的技術。由于SAR所發射的雷達波是微波，具有較強的穿透能力，所以與傳統的光學傳感器相比，對時間和環境的要求較低，具有全天時全天候工作能力、高分辨率、采集數據范圍大等獨特優勢。合成孔徑雷達干涉測量技術(InSAR)則是一種有效結合了干涉測量原理和SAR成像的技術，通過平臺的系統參數、軌道數據以及軌道與地面目標點之間的空間幾何關系，實現了地面較為精確地高程反演。該技術目前已經發展成為一項在民用和科學研究領域極具應用及研究價值的微波遙感技術，具體應用在形變探測、交通監測、地形測繪、冰川研究、森林制圖等領域。

在InSAR數據處理方法中，相位解纏是至關重要的環節，它的準確性直接影響到InSAR生成數字高程模型的精確性。干涉相位是通過對干涉復數據取幅角得到的，所以纏繞在一個2π區間內。而相位解纏的目的則是將InSAR取幅角得到的纏繞干涉相位恢復到纏繞之前的真實相位，從而保證能夠用來正確的反演地面高程。然而噪聲和陡峭地形往往會造成相位數據不連續，給相位解纏帶來了極大的困難。如何從質量較差的數據當中提取有用的信息，從而抑制噪聲和陡峭地形導致的相位不連續對解纏過程的影響，成為一個亟待解決的問題。

目前已發展出多種相位解纏算法，大致可以分為以下幾類：第一類是基于路徑跟蹤的相位解纏算法，其基本原理是通過識別正負殘差點形成枝切線，從而確定最優的積分路徑，使得在路徑積分時限制潛在誤差，以不穿越枝切線為原則，使其不能在殘差點密集的區域內傳遞，從而防止相位誤差的全局傳播；第二類是基于最小二乘的相位解纏算法，該算法屬于全局最優算法，其基本思想為以真實相位數據梯度和解纏后的相位梯度之間差的平方和最小為準則、從而恢復出整幅圖像的相位真實值，其結果具有較好的連續性；第三類基于網絡規劃的相位解纏算法，該算法將相位解纏問題轉化為一種計算最小成本的網絡流問題，該算法通過使解纏相位導數和纏繞相位導數之間的差值最小化，限制了殘差點區域相位誤差的傳遞，從而使得得到的解纏結果全局最優。

質量圖解纏算法屬于路徑跟蹤法，其基本思想是通過相位質量圖將待解纏的干涉相位根據其相位質量進行排序，解纏由高質量不規則區域開始，通過逐步擴散到低質量的區域。在滿足殘差點主要分布于低相位質量區域這一假設的條件下，質量圖法能夠限制解纏誤差在高質量不規則區域中的傳播，將其限制在低質量不規則區域。同時，在借助優先隊列這一數據結構后，質量圖法的解纏速率將有很大提升。一般認為，質量圖算法是一種兼顧運算速度和解纏準確率的方法。但是，在干涉相位信噪比很低或者相位質量圖并不可靠的情形下，質量圖法仍然很可能會出現大面積解纏失敗的情況，導致解纏結果丟失大量有用信息。