星載合成孔徑雷達相位萃取算法及應用研究.pdf

1、地表形變是由人為因素(例如地下水抽汲、地下礦產資源以及油氣開采等)或自然因素(例如火山活動、地殼運動、冰川漂流等)導致的，可能會引起地裂縫、海水倒灌、建筑物倒塌等一些列嚴重問題，破壞橋梁、道路、油氣管道、水壩和測量標志等公共設施，對人類生產生活的正常進行構成巨大威脅。
　　合成孔徑雷達(synthetic aperture radar，簡稱SAR)干涉圖像堆棧技術是從本世紀初發(fā)展起來的一類新型遙感技術。它克服了傳統(tǒng)合成孔徑雷達差分

2、干涉測量(differential interferometric synthetic aperture radar，簡稱DInSAR)技術易受大氣延遲等因素干擾的缺點，可提取毫米級精度的大面積地表形變場，在各類地表形變應用中已顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿?。該類技術的基本思想是通過使用多景合成孔徑雷達圖像，生成具有不同時間基線和空間基線的多幅差分干涉圖，利用各種相位成分的不同時/空特性，在具有較高相位穩(wěn)定性的點目標上精確地分離出地表形變所貢獻

3、的相位。由于散射體去相關的影響，一般只有具有良好反射特性的永久散射體才能在各差分干涉圖中均表現出較高的相位穩(wěn)定性。然而，在自然條件下永久散射體的密度通常較低，這極大地限制了干涉圖像堆棧技術的應用范圍。2008年，為了最小化SAR圖像間散射體去相關噪聲，Guarneri和Tebaldini提出了相位萃取技術。該技術以關于多視像元的相干矩陣為基礎，利用最大似然估計對 SAR觀測相位進行重構，可在中等相干區(qū)域有效提升干涉相位的信噪比。2011

4、年， Ferretti對相位萃取技術進行了擴展，利用統(tǒng)計一致性點(statistically homogeneous points，簡稱 SHP點)對分布散射體進行識別，構建相干矩陣，避免了永久散射體的丟失。此后，相位萃取技術已經得到了較為廣泛的應用，已成為干涉圖像堆棧技術未來發(fā)展的主要方向。
　　本文首先對合成孔徑雷達基礎理論進行了較為深入的分析，詳細探討了分布散射體的識別方法，并在此基礎上對相位萃取技術的基本原理進行了深入研究

5、。接下來，在數學層面對相位萃取目標函數進行了討論，并詳細推導了其一階導形式，并在此基礎上實現了常用的相位萃取算法。相位萃取目標函數是在關于相干矩陣中的各個元素定義的，而相干矩陣中的各個元素實際上表現的是與之對應的干涉組合在相應點目標上的相干統(tǒng)計特性。因此，整個相位萃取過程有可能受到嚴重去相關組合的影響，使得萃取結果的質量下降，導致潛在的相位穩(wěn)定點丟失。針對這一問題，本文對現有的相位萃取算法進行了改進，基于簡單相干網絡完成相位萃取操作。該

6、方法將相位萃取技術中的最大似然估計問題轉換為一個定義在相干網絡上的優(yōu)化問題。然后在保證網絡可行性和冗余度的前提下，通過刪除網絡中的邊以盡量對網絡進行簡化，并通過這種方式降低相干矩陣中低質量觀測值對相位萃取過程的影響。此外，本文在相位鏈接技術的基礎上設計了一個有針對性的迭代算法以求解定義在簡單相干網絡上的相位萃取問題。仿真結果表明，相比于傳統(tǒng)相位萃取算法，該算法具有相當高的效率，而且在計算精度上也有一定程度的提高。為了進一步驗證該算法以及