[发明专利]基于多像素协方差矩阵的差分干涉相位估计方法

摘要

本发明公开了一种基于多像素协方差矩阵的差分干涉相位估计方法，主要解决了现有的差分干涉相位生成算法对配准误差不稳健的问题。本发明的实现步骤是：（1）输入图像和参数；（2）干涉相位图配准；（3）获得二次干涉的干涉相位图；（4）获得图像窗口；（5）构建复干涉相位联合数据矢量；（6）估计协方差矩阵；（7）估计相干系数矩阵；（8）矩阵特征分解；（9）构造代价函数；（10）估计差分干涉相位。本发明具有干涉相位图存在配准误差情况下，可以自适应恢复像素信息，准确估计差分干涉相位的优点，能有效减小配准误差对差分干涉相位的影响。

主权项

1.基于多像素协方差矩阵的差分干涉相位估计方法，包括如下步骤：（1）输入图像和参数：1a）分别将差分干涉合成孔径雷达获得的目标区域形变前和形变后的去平地干涉相位图输入到系统；1b）将差分干涉合成孔径雷达的系统参数输入到系统；（2）干涉相位图配准：2a）分别用形变前的去平地干涉相位图中的每一行数据减去后一行数据，得到形变前的去平地行差分干涉相位图；2b）分别用形变前的去平地行差分干涉相位图中的每一列数据减去后一列数据，得到形变前的干涉相位梯度图；2c）分别用形变后的去平地干涉相位图中的每一行数据减去后一行数据，得到形变后的去平地行差分干涉相位图；2d）分别用形变后的去平地行差分干涉相位图中的每一列数据减去后一列数据，得到形变后的干涉相位梯度图；2e）以形变前的干涉相位梯度图为参考图像，对形变后的干涉相位梯度图进行配准处理，得到配准的形变前和形变后的干涉相位梯度图和配准时的偏移量；2f）将形变后的去平地干涉相位图中的所有像素，平移一个配准时的偏移量，得到粗配准的形变前干涉相位图和形变后干涉相位图；（3）获得二次干涉的干涉相位图：3a）用粗配准的形变前干涉相位图中所有像素点的数据乘以比例因子，得到粗配准的形变前变标干涉相位图；3b）用粗配准的形变后干涉相位图中所有像素点的数据，减去粗配准的形变前变标干涉相位图中对应像素点的数据，得到二次干涉的干涉相位图；（4）获得图像窗口：在二次干涉的干涉相位图中，以待估计像素点为中心，固定长度为块半径，获得一个正方形窗口；（5）构建复干涉相位联合数据矢量：5a）在正方形窗口中任意选取一个像素点，将所选取的像素点与其周围相邻像素点的数据排成一列，得到所选取像素点的相位矢量；5b）将所选取像素点的相位矢量中每一个元素，与虚数单位相乘后求以自然指数e为底的指数，得到所选取像素点的指数矢量；5c）在所选取像素点的指数矢量的每一个元素前，插入正整数1，得到待估计像素点的复干涉相位联合数据矢量；5d）遍历正方形窗口中所有像素点，判断是否得到所有像素点的复干涉相位联合数据矢量，如果是，则执行步骤（6），否则，执行步骤5a）；（6）采用下式，估计协方差矩阵：C=1M2Σi=1MΣj=1Ml(i,j)×l(i,j)H]]>其中，C表示所估计的协方差矩阵，l(i,j)表示正方形窗口中第i行第j列元素的复干涉相位联合数据矢量，i=1,2,…,M，j=1,2,…,M，M表示正方形窗口的半径，H表示做共轭转置操作；（7）估计相干系数矩阵：对协方差矩阵中所有元素值取绝对值，得到待估计像素点的相干系数矩阵；（8）对相干系数矩阵进行特征分解操作，得到相干系数矩阵的特征值和特征向量；（9）采用下式，构造代价函数：其中，J表示所构建的代价函数，表示差分干涉相位对应的差分干涉相位矢量，N表示相干系数矩阵的特征值中大特征值的个数，β_p表示相干系数矩阵的特征向量中大特征值对应的特征向量，p=1,2,…,N，β_q表示相干系数矩阵的特征向量中大特征值对应的特征向量，q=1,2,…,N，H表示做共轭转置操作，表示哈达玛Hadamard积；（10）估计差分干涉相位：在(-π,π]的范围内，搜索差分干涉相位寻找代价函数的最大值，将代价函数最大值所对应的差分干涉相位作为待估计像素点的差分干涉相位。