[发明专利]一种基于相位导数方差的InSAR长短基线融合相位估计方法

说明书

本发明公开了一种基于相位导数方差的InSAR长短基线融合相位估计方法，InSAR系统中基线长度的增加会提高测高精度但同时也会加大相位解缠的难度。因此在本发明中充分发挥了长短基线的优势，利用长短基线获取的同一场景的互补信息提高了相位估计的精度，基于相位导数方差准确标记了长短基线各自的不连续区域像素点，在此基础上利用长短基线各自的绝对相位中每个像素点的连续特性，自适应选取不同的融合方法，实现了长基线绝对融合相位的估计。经过仿真验证，本发明提出的方法可以有效地抑制噪声引起的解缠错误，显著减少了跳变点的个数，与传统多基线最大似然相位解缠算法相比，运算效率显著提升，最终提高了长基线域融合绝对相位的估计精度和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达干涉处理领域，具体是指一种基于相位导数方差的InSAR长短基线融合相位估计方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)系统目前已经发展成为一种非常重要的微波遥感探测技术，该技术通过发射雷达波，实现对地面的主动式观测。由于雷达波是微波波段，具备较强的穿透能力，因此具有全天时、全天候工作能力的独特优势。合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)则是将SAR成像技术和干涉技术结合起来，通过获取两副或多副相对于同一地区的SAR图像相位信息和地形的几何关系，从而高效地获取大面积地形高程信息，是目前地形测高主要手段之一。鉴于以上优点，该技术目前已经迅速发展为一项极具应用价值的微波遥感技术，在地表测绘、形变检测、灾害监测、冰川研究等科学研究及民用领域发挥着越来越重要的作用，具有极高的研究价值。

传统单基线InSAR技术利用单一基线对应的两幅SAR主辅图像配准生成缠绕干涉相位，经过相位解缠和控制点校正后获得绝对相位，最后根据InSAR的成像空间几何关系从绝对相位反演得到观测场景的高程信息。传统的单基线InSAR系统对系统噪声、相位噪声比较敏感，并且容易受到大气效应、空间/时间去相干、数据叠掩阴影、顶底倒置等因素的影响，严重降低了测高精度。为了克服单基线InSAR技术的不足，在此基础上，多基线InSAR技术被提出，其基本原理是利用多个基线获取多个通道的数据，增加了观测信息，从而解决单基线InSAR技术难以处理的问题。

基于InSAR技术的原理分析得到：短基线的干涉条纹较稀疏，相干性高，因此比较容易解缠，但是高程反演精度较低，难以展示地形变化细节；而长基线的干涉条纹较密集，且相干性较低，增加了相位解缠的难度，但是长基线反演高程时可以反映更多的地形变化细节，测高精度较高。综上可知，单基线InSAR技术无法兼顾干涉相干性和反演高程精度的要求，即基线长度与高程细节是一个比较难以克服的矛盾。在单基线的解缠算法中，往往是基于相位连续性假设，即相邻像素之间的相位差绝对值需要小于π，而现实中存在许多复杂陡峭的地形，如高楼建筑、悬崖峭壁等等，并且缠绕相位容易受到噪声的影响，这些因素都将导致相位不连续，从而增大了单基线相位解缠的难度，降低了解缠相位的精度。多基线InSAR技术可以获取不同基线下的多幅干涉图像进行处理，这意味着可以得到更多的观测信息，有效克服单基线InSAR系统的不足。

现有的多基线InSAR相位解缠技术主要有以下几类，第一类是多基线最大似然相位解缠算法，其原理为利用不同基线下的干涉相位概率密度函数，对干涉图中每一个像素点的干涉相位实现最大似然估计，但该算法的相位估计精度受SAR工作频率、相干系数以及干涉图数量的影响，当相干系数较低或者干涉图数量较多时，相位噪声也相应增大，利用多基线最大似然相位解缠将会产生较大误差甚至失效；第二类是多基线最大后验相位解缠算法，其原理为利用多基线干涉图中相邻像素信息，采用最大后验估计算法提高反演精度，但是此类算法的局限性在于多基线下最大后验估计算法的运算时间长，内存压力大。第三类是利用多基线干涉相位与模糊数之间的关系进行相位解缠，主要是中国余数定理与其改进算法，但是这种方法的噪声鲁棒性较差，无法在实际中应用。

发明内容