[发明专利]一种无损卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的相位展开算法

说明书

一种无损卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的相位展开算法，把无损卡尔曼滤波算法与粒子滤波算法相结合应用于缠绕相位图像的展开中，利用相位质量图沿干涉图高质量到低质量的路径展开缠绕相位，并结合基于修正矩阵束模型的局部相位梯度估计算法,包括以下步骤：（1）获取解缠缠绕相位图的有关数据；（2）对每个缠绕干涉图像元用无损卡尔曼滤波算法进行初步解缠；（3）对经过初步解缠过的干涉相位图像元，用粒子滤波算法进一步解缠。本发明的技术方案利用无损卡尔曼滤波与粒子滤波本身具有一定的噪声抑制能力，可以降低前置预滤波器的难度与复杂度，甚至可以在处理含噪声干涉图时免去前置预滤波处理步骤，同时可以精确，高效，稳健地展开缠绕像元。

技术领域

本发明涉及干涉相位图展开技术领域，尤其涉及一种无损卡尔曼滤波(UKF)与粒子滤波(PF)相结合的相位展开算法。

背景技术

干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)是以SAR复图像对的干涉相位为信息源，通过一系列数据处理环节，进而反演得到地表的三维信息和变化信息。INSAR是一个交叉性很强的领域，涉及微波遥感，电磁波传播，信号处理，图像处理等学科。INSAR最初的发展目的是为了进行地形测绘，应用最为成功的就是获得高精度DEM数据。随着技术的发展，INSAR应用领域在不断扩展，主要包括：地表形变探测，动目标检测，海洋测绘，森林制图，洪涝监测，交通监测和冰川研究等。干涉相位展开是InSAR技术应用中尤为关键的环节，其相位展开精度直接影响着InSAR系统高程测量的精度，故干涉图展开问题受到越来越多的关注。

传统相位展开算法，包括枝切法、质量图引导法、网络流法、最小二乘法等，要在相位展开之前使用前置预滤波器抑制干涉图中的相位噪声，以提高相位展开精度，但在尽可能地除去相位噪声的同时却易模糊掉干涉条纹的边缘特性。

随后，一类基于数据融合的相位展开算法陆续被提出，包括扩展卡尔曼滤波相位展开算法(EKFPU)、不敏卡尔曼滤波相位展开算法(UKFPU)、粒子滤波相位展开算法等。这类算法利用非线性滤波器自身具有的噪声抑制能力，可以在展开缠绕像元的同时抑制相位噪声，在一定程度上弥补了传统相位展开算法的不足,但还是存在着误差大，精度低，稳定性差的缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是如何解决相位展开技术中容易出现误差大，精度低，稳定性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种无损卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的相位展开算法，把无损卡尔曼滤波算法与粒子滤波算法相结合应用于缠绕相位图像的展开中，利用相位质量图沿干涉图高质量到低质量的路径展开缠绕相位，并结合基于修正矩阵束模型的局部相位梯度估计算法,包括以下步骤：

(1)获取解缠缠绕相位图的有关数据，其具体步骤如下：

1)获得干涉相位质量图，对干涉图进行处理，获得反映干涉像元质量的二维数据图，即干涉相位质量图，采用的是相位微分偏差图，其定义如下：

其中分别是干涉图距离向和方位向的相位偏导数，是在k×k局部窗口中距离向和方位向相位偏导数的平均值；

2)利用修正矩阵束模型局部相位梯度估计算法，获取干涉图局部相位梯度信息；

3)利用干涉相位质量图引导算法，沿干涉相位图从高质量像元到低质量像元的路径展开缠绕相位实现相位解缠；

(2)对每个缠绕干涉图像元用无损卡尔曼滤波(UKF)算法进行初步解缠，其具体步骤如下：

1)利用干涉图相邻像元干涉相位之间的关系，把归一化的复干涉的同向分量和正交分量分别作为干涉相位的两个观测值，沿某一路径可得无损卡尔曼滤波(UKF)系统方程：