[发明专利]基于半牛顿迭代法的星载干涉合成孔径雷达基线估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种星载干涉合成孔径雷达(InSAR)基线的估计方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

星载干涉合成孔径雷达(InSAR)是在合成孔径雷达基础上发展起来的，以合成孔径雷达复数据提取的相位信息为信息源来获取地表的三维信息和变化信息。具有全天时、全天候获取大面积数字高程图的特点。InSAR利用两部天线获取同一区域的复雷达图像对，这两幅图像经过精确配准和复共轭相乘后得到干涉图像，干涉图像中的相位差值即为两次成像的相位差测量值，根据两次成像相位差与地面目标的三维空间位置之间存在的几何关系，利用飞行轨道的参数如辐射波长，天线视角，干涉基线，天线高度等参数既可测定地面目标的三维坐标，它可以用来提供大范围的高精度数字高程模型(DEM)。

基线是InSAR中引入的重要概念，它定义为两个雷达传感器或两部天线之间的矢量几何关系。作为干涉合成孔径雷达的基础，基线决定着系统的干涉性能，它是InSAR计算地表高程或形变公式中的重要参数，其精度直接影响到最终提取的地表高程或形变的精度。因此精确的基线估计是极为重要和必需的。

目前基线参数的估计主要有三种方式：利用卫星轨道状态矢量的基线估计；利用控制点来估计基线的长度；利用干涉相位信息的基线估计。

第一种方式从基线的空间几何关系出发，根据星历表参数和雷达系统本身的参数来获得基线分量。但由于大气阻力和太阳万有引力的影响，卫星轨道常发生漂移，轨道参数具有一定程度的不确定性，卫星定轨精度不够高。由仪器测得的数据本身也会由于温度等影响存在一定的误差，使得该方法确定的基线参数精度较差，会给高程带来较大误差。第二种方式依赖几个地面控制点的高度信息和干涉相位并联立方程组解得基线参数，且基线精度依赖于控制点的精度。该方法对地面控制点的选取有一定的要求。而实际中控制点的布局及测量精度都很难满足要求。第三种方式直接利用已知的干涉相位数据获得基线参数，不需要轨道参数和设置控制点，因此更得到人们的青睐。目前基于干涉相位信息的基线估计方法主要有利用解缠相位进行估计和利用缠绕干涉相位进行估计。前者依赖于高精度的绝对干涉相位值，需要进行相位展开，而相位展开过程本身会带来较大的误差值。后者由Kuldip Singh等人于1997年第一次提出，直接利用从SAR干涉测量数据中提取的干涉条纹来估测基线。是目前基线估计方法里面最简洁的方法。该方法不需要对干涉相位进行解缠处理，仅仅对一定距离向范围内的干涉复图像数据在距离向进行傅里叶变换，得到干涉复图像距离向的频谱，由频谱图直接获得相应的条纹频率范围，并将该频率范围代入方程式解方程得到基线长度和基线倾角。该方法的关键是求得一定距离向范围内干涉复图像的条纹频率范围。对于星载InSAR，为最终得到精确的基线参数，需要有精度非常高的频率范围值，目前对于频率范围的选取主要是利用频谱图来获取频率值，因此估计精度很差。还没有找到合适的方法得到高精度的频率范围值，这也使得最终求得的基线值误差很大。利用干涉相位图的缠绕相位进行基线估计的方法因此受限。

发明内容

本发明的技术解决方案：克服现有技术的不足，提供一种基于半牛顿迭代法的星载干涉合成孔径雷达基线估计方法，该方法使基线长度的精确度可达到厘米级别，大大改善了利用干涉相位估计基线的精度，极大地提高了最终数字高程的精度。

本发明的技术解决方案：一种基于半牛顿迭代法的星载干涉合成孔径雷达基线估计方法，是利用半牛顿迭代法精确估计星载InSAR基线参数值，不需要对干涉相位进行解缠处理，直接通过对干涉复图像数据处理获得基线信息，从而实现精确估计地面目标的数字高程值。

本发明的原理为：首先说明利用干涉相位信息估计基线的原理。由图1中InSAR基线几何图，可得

对于干涉SAR系统，