[发明专利]UWB InSAR干涉相位真值计算方法

说明书

技术领域

本发明属于InSAR(Synthetic Aperture Radar Interferometry，干涉合成孔径雷达)成像领域，涉及一种适用于低频UWB(Ultra Wide Band，超宽带)InSAR干涉相位真值计算方法。

背景技术

InSAR能够利用SAR图像的相位信息进行干涉，得到反映地形信息的干涉相位，从而反演出地面高度。这一技术被广泛应用于地形测绘中。而低频UWBInSAR则结合了低频具有的穿透特性与超宽带具有的高分辨特性，能够实现对叶簇覆盖下地形的高分辨测量。

在InSAR数据处理过程中，由于干涉相位的观测值在(-π,π]范围之间，而反映地形信息的干涉相位的真实值分布超出这一范围。干涉相位的观测值与真实相位之间存在2kπ的缠绕。从干涉相位的观测值中计算其真值的过程即为干涉相位真值计算。

干涉相位真值计算通常需要两个步骤：相位解缠与残余相位模糊估计。其中相位解缠能够从干涉相位的观测值中估计出一个解缠相位，该解缠相位与真值相位只相差一个全局的常数偏差，称之为残余相位模糊，残余相位模糊估计即是对该值进行估计。

相位解缠往往存在解缠精度与运算复杂度相矛盾的问题。即为获取精度较高的解缠结果，往往需要很高的运算复杂度。如Flynn的最小不连续相位解缠方法，虽然精度很高，但耗时巨大。

残余相位模糊估计有两类方法，一种是基于外部地形信息辅助。即在观测场景中存在已知地形信息的点，并利用这些点的信息估算残余相位模糊。这种方法需要利用外部地形信息，因而适用范围有限，实用性不强，因此渐渐不被采纳。另外一类方法是完全基于数据分析进行残余相位模糊估计。这类方法不依赖于辅助数据，降低了测绘的难度，是目前主要采用的手段。这类方法目前主要有两种，即基于频谱分割的方法与基于残余偏移量估计的方法。这两种方法能取得近似的精度，但主要应用于高频窄带或宽带InSAR，运算复杂度较高。

低频UWB InSAR数据具有很大的相对带宽(大于0.2)，将这一特性应用到干涉相位真值求解过程中，能够大大降低相位解缠与残余相位模糊估计的复杂度。瑞典学者针对CARABAS系统的VHF波段数据提出的方法无需相位解缠与残余相位模糊估计便可以直接得到干涉相位真值，大大降低了问题的复杂度。然而该方法仅适用于信号相对带宽大于1的情况，普适性不强。

发明内容

本发明提供一种适用于低频UWB InSAR的干涉相位真值计算方法，能够大大降低低频UWB InSAR干涉相位真值计算的复杂度，且普适性强，适用于具有很大的相对带宽的情况。

本发明技术方案的基本思路是：首先对InSAR数据(两幅SAR图像)进行配准，从而生成干涉相位观测值(也称原始干涉相位)。再利用配准结果生成一个参考相位，将该参考相位从原始干涉相位中减去，得到的相位称之为误差相位。接着，对误差相位进行噪声抑制与相位解缠，并估计残余相位模糊，得到误差相位真值。最后将误差相位真值与参考相位相加得到干涉相位真值。

本发明的技术方案包括以下处理步骤：

第一步，图像配准与原始干涉相位生成

对InSAR数据，也就是两幅SAR图像，任选一幅SAR图像为主图像，另外一幅为辅图像进行配准，配准方法建议使用下述文章提供的方法：Yague-Martinez,N.,Eineder,M.,Brcic,R.,Breit,H.,Fritz,T.:TanDEM-X mission:SAR image coregistration aspects.Proc.EUSAR,Aachen,Germany,pp.5562-5565,2010。设经过配准后，主图像中的任意一点(x,y)对应于辅图像中的点(x′,y′)。

利用配准结果将辅图像重采样得到配准图像。将主图像与配准图像进行共轭相乘，得到原始干涉相位利用主图像与配准图像计算相关系数图γ(x,y)。

第二步，计算误差相位

利用下式计算参考相位

其中指(x,y)点的参考相位，R_m(x,y)指主图像中的点(x,y)的斜距，R_s(x′,y′)指辅图像中点(x′,y′)的斜距，λ是SAR信号的波长。

利用下式计算(x,y)点的误差相位

其中W(·)指对相位进行缠绕。

第三步，对误差相位进行噪声抑制与解缠