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    一種基于相位差統計模型的InSAR圖像相位解纏方法技術

    技術編號:13981115 閱讀:153 留言:0更新日期:2016-11-12 11:46
    本發明專利技術涉及雷達技術領域,尤其涉及合成孔徑雷達干涉測量(InSAR)圖像處理中的相位解纏技術領域。本發明專利技術構造了一種基于相位差統計模型的InSAR圖像相位解纏方法,首先利用相位差導數函數和地形高度變化量關系式,推導出InSAR相位差統計函數模型,利用相位差統計函數估計相位的變化顧及系統去相干因素和地形起伏變化對相位解纏的影響;在相位解纏中,利用相位差統計模型作為最小二乘相位解纏的非線性約束條件,并在模型解算中將解纏前后相位差的極值問題替換為解纏前后相位差的整數倍數差值問題,通過求解相位解纏前后整數倍數差最小值進行相位解纏。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及雷達
    ,尤其涉及合成孔徑雷達干涉測量(InSAR)圖像處理中的相位解纏方法。
    技術介紹
    相位解纏是InSAR數據處理的關鍵步驟之一,其數據處理結果的精度直接影響到最終數據產品的精度,然而相位解纏被稱為NP問題,它受到兩類相位去相干因素(相位噪聲)的影響:一類是處理系統本身引起的,例如熱噪聲、時間去相干、基線去相干(由于天線視線不完全平行),以及圖像配準過程中插值算法或圖像濾波算法而引入的噪聲;另一類是地形的起伏變化造成相位欠采樣引起幾何相位畸變等,引起相干斑噪聲。將兩幅雷達圖像處理后獲取的干涉相位Φ的函數模型寫成線性項φlinear和非線性項φnon-linear和的形式,如公式(1): Φ = φ l i n e a r + φ n o n - l i n e a r = 4 π λ D l i n e a r + 4 π λ D n o n - l i n e a r = 4 π λ ( B ⊥ R sin θ Δ h + v · T ) + 4 π λ · D n o n - l i n e a r - - - ( 1 ) ]]>(1)式中,Dlinear、Dnon-linear分別表示地形起伏變化引起的線性和非線性部分,v表示線性地表形變速率,T表示干涉對獲取的雷達數據時間基線,λ為雷達波長,R為斜距長,Δh為待測點兩次觀測高度差,B⊥為基線在垂直于視線方向的投影,即有效基線長度。公式(1)中等號右邊的前兩項是線性部分,與垂直基線、時間基線成線性關系;第三項為非線性部分,非線性部分造成傳統枝切線解纏回路無法閉合以及解纏誤差傳遞等現象,直接用線性的方法無法獲取高精度的解纏結果。根據是否顧及相位非線性,相位解纏方法分為線性和非線性相位解纏方法。目前,線性相位解纏方法中最具代表性的是最小二乘(Least Squares,LS)解纏方法和加權最小二乘(Weighted Least Squares,WLS)相位解纏方法。詳見文獻:Lu Y G,Wang X ZH,Zhang X P.Weighted least-squares phase unwrapping algorithm based on derivative variance correlation map.2007。線性方法基于一個假設前提:纏繞相位的離散偏導數(即鄰近像元的相位差)呈現遞增或遞減的線性變化趨勢,相位差的絕對值都小于π,對離散的偏導數沿任意方向迭代積分就可求本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種基于相位差統計模型的InSAR圖像相位解纏方法,其特征在于,包括以下步驟:步驟一:假定待處理干涉圖像行、列像素大小為M×N,將其劃分為k×k大小的局部估計窗口,計算相位在行列兩個方向的差值△φ,并對相位差在方位向和距離向求導,得到相位相位差導數(離散相位下的相位頻率)其中,△xi,j=xi+1,j+xi?1,j?2xi,j,△yi,j=yi,j+1+yi,j?1?2yi,j分別表示干涉圖沿x、y方向的相位差值;分別是k×k窗口內的x、y方向的相位差均值;是以窗口中心的相位差導數標準偏差值;步驟二:根據上步相位差導數值,計算局部估計窗口內相位差統計模型,并估計局部窗口內地形高度變化量的分布;步驟三:根據相位差頻率與地形坡度角的關系式估計地形高度變化量;步驟四:獲取局部估計窗口內相位差統計模型;步驟五:利用估計窗口內地形變化量分布函數對窗口內相位差進行平滑,在估計窗口內將距離向和方位向相位差值乘以相位差統計模型得到窗口內顧及地形變化量的相位差估計模型;步驟六:構造基于相位差統計模型的InSAR圖像最小二乘相位解纏模型;步驟七:對解纏前后距離向和方位向相位差的整數倍數差值△ky和△kx進行估計并積分,就可以得到解纏后的相位差整數,將求解相位差的問題轉換為求解整數倍數差值的問題,構造整數倍數參數的函數方程式為:和其中△φy和△φx表示相位點纏繞相位差,和表示解纏后相位差;步驟八:將最小二乘相位解纏約束模型替換為整數倍數差的約束最小化模型,如公式:min(J)={Σi=0M-1Σj=0N-1(P(Δφx)Δk)i,j2+Σi=0M-1Σj=0N-1(P(Δφy)Δk)i,j2}]]>s.tΣK[((Pki,j+1y-Pki,jy)-(Pki+1,jx-Pki,jx))(Δkt-Δkt-1)]<ξt>1,(i,j)∈Sk×k]]>其中,P(△φx)、P(△φy)表示相位點行向量、列向量相位差統計值,△kt與△kt?1表示兩次迭代的整數倍數差,ξ為極小值;約束條件s.t表示在局部窗口內,第t次和第t?1次迭代求解時的解纏整數倍數差值滿足差值最小的要求,K表示估計窗口的大小;步驟九:利用離散最小二乘迭代方法獲取解纏相位。...

    【技術特征摘要】
    1.一種基于相位差統計模型的InSAR圖像相位解纏方法,其特征在于,包括以下步驟:步驟一:假定待處理干涉圖像行、列像素大小為M×N,將其劃分為k×k大小的局部估計窗口,計算相位在行列兩個方向的差值△φ,并對相位差在方位向和距離向求導,得到相位相位差導數(離散相位下的相位頻率)其中,△xi,j=xi+1,j+xi-1,j-2xi,j,△yi,j=yi,j+1+yi,j-1-2yi,j分別表示干涉圖沿x、y方向的相位差值;分別是k×k窗口內的x、y方向的相位差均值;是以窗口中心的相位差導數標準偏差值;步驟二:根據上步相位差導數值,計算局部估計窗口內相位差統計模型,并估計局部窗口內地形高度變化量的分布;步驟三:根據相位差頻率與地形坡度角的關系式估計地形高度變化量;步驟四:獲取局部估計窗口內相位差統計模型;步驟五:利用估計窗口內地形變化量分布函數對窗口內相位差進行平滑,在估計窗口內將距離向和方位向相位差值乘以相位差統計模型得到窗口內顧及地形變化量的相位差估計模型;步驟六:構造基于相位差統計模型的InSAR圖像最小二乘相位解纏模型;步驟七:對解纏前后距離向和方位向相位差的整數倍數差值△ky和△kx進行估計并積分,就可以得到解纏后的相位差整數,將求解相位差的問題轉換為求解整數倍數差值的問題,構造整數倍數參數的函數方程式為:和其中△φy和△φx表示相位點纏繞相位差,和表示解纏后相位差;步驟八:將最小二乘相位解纏約束模型替換為整數倍數差的約束最小化模型,如公式: min ( J ) = { Σ i = 0 M - 1 Σ j = 0 N - 1 ( ...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:不公告發明人
    申請(專利權)人:山東科技大學
    類型:發明
    國別省市:山東;37

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