重軌低頻超寬帶干涉合成孔徑雷達關鍵技術研究.pdf

1、干涉合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar Interferometry, InSAR）技術是一種高精度對地觀測技術，能夠實現(xiàn)全天時、全天候的對地觀測，因而在測繪領域具有廣泛的應用。低頻超寬帶（Ultra-Wideband, UWB）InSAR由于其所具有的穿透性，常被用于葉簇覆蓋下的地形測繪。相比普通的InSAR系統(tǒng)，低頻UWB InSAR在數(shù)據處理過程中會遇到一些不同的問題。本文以重軌低頻UWB InSAR數(shù)

2、據處理中的關鍵技術為研究對象，重點對其中的圖像配準、相位解纏以及絕對相位估計等內容進行了研究。提出了一些高效的處理方法，顯著的提高了數(shù)據處理的性能。論文主要內容概括如下：
　　1、研究了InSAR圖像配準問題。通過分析InSAR圖像對之間的幾何關系，建立了圖像對之間存在的相對偏移量的數(shù)學模型。理論分析結果表明，系統(tǒng)的相對帶寬越大，InSAR圖像對之間存在的相對偏移量也越大。對于相對帶寬大于0.2的低頻UWB InSAR數(shù)據，圖像對

3、之間的配準模型不能使用簡單的低階多項式模型進行擬合，而必須采用非函數(shù)模型?；谝陨辖Y論，本文提出了針對低頻 UWB InSAR數(shù)據的配準算法。此外，本文根據配準得到的偏移量計算出一個參考相位，稱之為配準相位，并將其從干涉相位中減去。將得到相位稱之為失配相位，代表其與配準誤差相關。為了評估配準精度，本文提出基于失配相位評估配準精度的方法。相比傳統(tǒng)的方法，其評估結果更加直觀與準確。
　　2、研究了基于圖論的干涉相位解纏算法?；贚1-

4、norm的相位解纏問題可通過經典的最小費用流相位解纏算法求解(Minimum Cost Network Flow Phase Unwrapping Algorithm, MCF），具有實現(xiàn)簡單，解纏質量高的優(yōu)點。然而，傳統(tǒng)的MCF算法具有很高的運算復雜度。為了解決這一問題，本文對與相位解纏問題相關聯(lián)的費用流網絡模型以及最優(yōu)的解纏結果的特性進行了分析。結果表明，MCF的解纏結果中僅存在偶極子切線，從而將最小費用流解纏問題轉化為了在帶權二分

5、圖上求解最小權完美匹配（Minimum Weight Perfect Matching, MWPM）的問題，并由此提出了MWPM相位解纏算法。相比MCF算法，MWPM具有更小的解纏復雜度與相同的解纏精度。
　　3、研究了快速的最小不連續(xù)相位解纏算法。由于圖論算法具有超過二階的多項式運算復雜度，因而不適用于殘差點密度較高的相位圖。對于這種情況，本文選擇了另外一種L1-norm相位解纏算法，即Flynn的最小不連續(xù)相位解纏算法。雖然F

6、lynn算法同樣存在運算復雜度高的問題，但經過仿真實驗發(fā)現(xiàn)，該算法的運算復雜度主要取決于圖像的尺寸以及其中所包含的不連續(xù)點數(shù)量。基于此，本文提出了首先對相位圖進行快速的預解纏以消除大部分的相位條紋，再對預處理結果采用Flynn算法進行解纏的方法。由于預解纏消除了大部分的相位不連續(xù)，再采用Flynn算法進行解纏時，效率得到很大提高。此外，對于低頻UWB InSAR數(shù)據，本文分析了失配相位的特性，指出其僅在少數(shù)區(qū)域存在纏繞的相位條紋的特性。

7、這表明了采用Flynn算法對失配相位進行解纏具有很小的運算復雜度?；诖耍疚耐ㄟ^ Flynn算法快速解纏失配相位來得到解纏干涉相位，提高了低頻 UWB InSAR相位解纏的效率。
　　4、研究了大尺寸低頻UWB InSAR干涉相位解纏的問題。針對失配相位在高相干區(qū)域幾乎不存在相位纏繞的特性，提出了一種基于圖像分割的失配相位分塊解纏方法。該方法基于相干系數(shù)以及失配相位的相位取值，將失配相位圖分割為高質量與低質量區(qū)域。其中高質量區(qū)域

8、代表不存在相位纏繞的高相干區(qū)域。而存在相位纏繞與殘差點的低質量區(qū)域則被高質量區(qū)域分割成的多個不規(guī)則子塊。本文所提的方法通過對這些子塊的解纏，實現(xiàn)了對大尺寸失配相位的分塊解纏。實測數(shù)據的實驗結果表明該算法能夠有效的將大尺寸的相位解纏問題分解為多個子塊的解纏，且具有很高的運算效率。
　　5、研究了干涉相位解纏后的殘余相位模糊估計問題。傳統(tǒng)的譜分割算法與殘余偏移量估計（residual delay estimation，RDE）算法實現(xiàn)