干涉合成孔徑雷達信號處理技術研究.pdf

1、當今，干涉合成孔徑雷達(Interferometric Synthetic Aperture Radar)，英文縮寫為InSAR或IFSAR，己被人們公認為是在全天候條件下獲得大測繪帶地表高度和監(jiān)測地表形變信息的強大手段。傳統(tǒng)合成孔徑雷達(SAR)系統(tǒng)只能測量目標在飛行軌道方向(Along-track方向)和由SAR系統(tǒng)到目標的距離方向(Cross-track方向)上的二維坐標系內的散射強度信息。而干涉SAR在SAR的基礎之上，通過在不

2、同軌道或不同時間對同一地區(qū)進行多次觀測來獲得多幅SAR圖像，再根據(jù)干涉成像幾何關系和SAR圖像對應像素點之間的絕對相位差所反映的距離差來重建地形高度圖或地表形變圖。 本論文主要實現(xiàn)星載干涉SAR在重復軌道干涉測量模式下測量地形高度的信號處理流程，重點研究干涉SAR信號處理中的關鍵技術，如：圖像配準、相位濾波和相位展開技術。具體工作概括如下： (1)圖像配準。本論文在實現(xiàn)X-SAR星載重軌雙飛數(shù)據(jù)的配準過程中，首先利用互相

3、關算法實現(xiàn)主副圖像的粗配準，然后利用基于最大譜測度的點投影方法，并交換主副圖像重復驗證控制點對配準精度，最終完成主副圖像亞像素級的精配準。 (2)相位濾波。本論文介紹一種局部干涉條紋自適應的窗形濾波器，該濾波器通過局部頻率估計值定位濾波方向窗，從而更有效地減小相位噪聲，另外采用Lee自適應復數(shù)濾波器的基本形式，還能夠合理地避免圖像分辨率的損失。 (3)相位展開問題。本論文介紹我們提出的幾種有效的相位展開方法：①基于枝切法

4、和有限元法的合成相位展開方法，結合全局法和局部法的優(yōu)勢：在較高質量區(qū)域枝切法恢復出的展開相位要比最小二乘法精確，而在較低質量區(qū)域最小二乘法的穩(wěn)健性要好于枝切法；②基于有限元法和局部頻率估計的相位展開方法，用局部頻率估計值(的2π倍)代替纏繞相位梯度可以減小對展開相位梯度的有偏估計，同時有限元方法最大的優(yōu)點在于可以求解的區(qū)域不一定為矩形，而可以是具有任意不規(guī)則形狀的區(qū)域；③基于局部頻率估計的區(qū)域生長相位展開方法，利用最大似然頻率估計方法估

5、計出的局部頻率和己展開的相位共同線性預測出局部區(qū)域中心點的展開相位，整體上采用區(qū)域生長策略，在質量圖的引導下按照從高質量區(qū)域到低質量區(qū)域的順序進行積分，可以有效地減小誤差傳遞；④超大規(guī)模干涉圖的相位展開方法，分為子塊獨立展開和塊與塊的整體拼接，很好地協(xié)調了圖像維數(shù)增加后相位展開精度、計算時間與內存資源的關系。其中方法①②③都基于一個共同的基本策略：相位區(qū)域質量不同，采用的方法不同，揚長避短；相位展開順序由高(質量區(qū)域)到低(質量區(qū)域)，

6、減少誤差傳遞。 本論文各章的具體內容安排如下： 第一章，概括介紹干涉SAR的概念、歷史發(fā)展概況以及分類和應用情況。 第二章，介紹干涉SAR工作在基線垂直航向模式下的測高原理和測高系統(tǒng)模型，然后推導和分析干涉相干性和臨界基線，接著推導有關干涉相位統(tǒng)計特性的部分公式并使用實測數(shù)據(jù)對理論上的概率密度函數(shù)曲線進行驗證，最后推導和分析高程重建的誤差來源。 第三章，介紹相位保持的兩種SAR成像算法：距離多普勒(Ran

7、ge-Dopper)算法和線性調頻變標(Chirp-Scaling)算法，并通過仿真實驗驗證了SAR成像算法的干涉相位保持能力。 第四章，介紹幾種干涉SAR的圖像配準方法，并對：Etna火山實測干涉數(shù)據(jù)進行了圖像配準。 第五章，介紹幾種頻率估計方法，并利用最大似然頻率估計方法對配準后的干涉圖進行平地相位去除和相位濾波。 第六章，介紹相位展開算法的發(fā)展概況及分類和一些相位展開的基礎知識，然后詳細介紹我們提出的幾種有