专利名称：一种机载非垂直双天线干涉sar系统干涉处理技术的制作方法
技术领域：
本发明是一种应用于机载非垂直双天线干涉SAR(合成孔径雷达)系统的干涉数据处理技术，该技术有利于促进机载干涉SAR系统的发展，同时为高精度数字高程模型(DEM) 反演、基于全极化干涉的森林植被垂直结构参数反演、大范围地形测绘等专业应用提供有力保障。
背景技术：
干涉SAR处理从平行轨道的两传感器照射的同一区域两幅SAR图像中反演地表高程。基本流程(如附
图1所示)包括粗配准、精配准、平地相位计算、相干图计算、干涉图计算和去平地相位、相位滤波、相位解缠、相位到高程计算以及地理编码等。自欧洲空间局(ESA)在1991年发射携带C波段SAR的ERS-I卫星以来，利用星载 SAR数据进行重复轨道干涉的研究进入了一个全新的局面。1995年发射ERS-2卫星以后， 两颗星的先后间隔时间为一天，可以生产高质量的DEM。在欧洲的卫星遥感发展的同时，日本1992年发射JERS-I卫星，加拿大1995年发射的RADARSAT-1卫星，都提供了大量高质量的SAR图像。近几年，陆续又发射了不少高分辨率的星载SAR系统，如PALSAR，RADARSAT-2, Terra-SAR等。这些星载SAR系统的发射，使星载干涉处理技术逐步走向成熟。除了星载SAR所提供的大量干涉SAR图像之外，美国航空航天局在1994年奋进号航天飞机的飞行对地观测试验中，携带的SIR-C/X-SAR两部雷达，都取得了大量的观测数据，也得到了成功的干涉试验结果。2000年，NASA的SRTM计划是第一部星载双天线干涉 SAR系统，利用航天飞机携带的两组位于60m长的伸缩臂两端SIR-C/X-SAR雷达，观测位于北纬60和南纬60之间的陆地，对部分地区还重复观测，其空间分辨率为30m，相对高程精度为10m。这两次飞行观测的覆盖面积大，精度高，在观测过程中多波段，多模式，多极化，其结果可以在研究全球气候变化，海洋，生态，水文，自然灾害以及军事中得以应用，从而引起了世界各国的广泛关注。此外，机载干涉SAR也得到了巨大的发展，世界上许多国家都投入了力量对机载干涉雷达进行研究，在1990年的时候，加拿大的CCRS利用安装在Convair 580的C/X-SAR 就进行了重复轨道的干涉验证试验，对干涉试验的运动补偿算法和时间相干性作了进一步的研究。美国的NASA/JPL的MRSAR安装在DC-8飞机上具有多波段(C/L/P)多极化的特征。在1991年由AIRSAR改装的TOPSAR干涉雷达，是第一个双天线雷达地形测绘系统，工作在C波段，其结果空间分辨率为10米，高程精度达到了 2-3米。对TOPSAR的数据进行进一步的评估及详尽的处理，处理后的测量地区获得均方误差为2米的DEM。欧洲第一个机载双天线干涉试验是在1994的瑞士的伯尔尼附近进行的，DO-SAR系统的水平分辨率为0. 8米， 绝对高程精度为2-5米。1998年，德国Wimmer等人利用工作在X波段高分辨率的AeS-I机载双天线雷达对德国北部的Wadden地区的平坦、植被稀少、比较干燥的海滩地区进行地形测绘，生成的DEM的水平分辨率为2. 5米，高程精度为5厘米。总的来讲，国外的干涉SAR，无论是系统还是数据处理技术都达到比较成熟的水平。比较而言，国内相关技术的发展相对落后。首先是数据处理技术，由于国内缺乏自己的数据源，所以在国外商用星载SAR数据的基础上，开展了星载干涉处理技术的研究，并逐步跟上国际水平。其次是系统研制，国内在星载干涉SAR系统的研制方面一直落后于国外，目前还没有运行中的星载干涉SAR系统。在机载干涉SAR系统方面，少数几家具备SAR系统研制能力的研究机构投入了大量的精力，并取得了较好的效果，如2000年中科院电子所研制了 L波段机载干涉SAR系统，2005年中国电科38所研制了 X波段机载干涉SAR系统。近几年，多家单位都有研制新体制的机载干涉SAR系统。
发明内容
本发明的目的是
目前，国内外机载双天线干涉SAR采用的天线构型普遍是双天线在水平剖面上垂直于机身，这是比较理想的构型设计，并且对后期成像算法和干涉处理算法的要求相对较低，能够较容易的得到高质量的干涉图，进而反演地形高程。但是，针对双天线在水平剖面上并不垂直于机身的构型的干涉系统，国内外少有研制和相应的处理算法。本发明正是基于国内某套非垂直双天线单发双收干涉SAR系统，针对干涉数据处理中的精配准、平地相位估计、 基线距估计等难点，提出了相应的创新技术，使获取的干涉数据能够生成高质量的DEM。本发明所采取的技术解决方案如下
本发明所说的一种机载非垂直双天线干涉SAR系统干涉处理技术包括局部精配准算法，平地相位和基线距估计算法，高程定标模型。局部精配准算法
本发明针对机载非垂直双天线干涉SAR系统中主辅图像难以精配准的难题，提出了干涉数据的局部精配准算法。由于飞机姿态不断变化，本构型的机载双天线干涉SAR系统获取的图像数据在整幅图像内并不是统一的平移关系，而是存在局部的形变关系，这种形变的特点是在距离向几乎一致，在方位向存在差异。这种局部形变特点导致干涉的主辅图像之间无法采用统一模型进行全局精配准，而需要在方位向上采用更精确的局部精配准算法。局部精配准算法在粗配准的基础上，首先建立了均勻分布的格网点，比如16*16或 32*32等；接着在每个格网的交叉点上，利用窗口相关系数法或相干系数法估计方位向上亚象元级的配准偏移，一般精确到1/8或1/10个象元；然后在每个格网内，利用周围角点的配准偏移参数，采用双线性插值或三次立方插值对每个象素的配准参数进行估计；对于图像周边的格网内的像素可以采用最邻近的方法获取配准参数；在估计每个像素配准参数的同时，完成对辅图像的精配准操作。相干系数的公式如下
权利要求
1. 一种机载非垂直双天线干涉SAR系统干涉处理技术，其特征在于所述的一种机载非垂直双天线干涉SAR系统干涉处理技术包括局部精配准算法，平地相位和基线距估计算法，高程定标模型；(1)、局部精配准算法局部精配准算法专门针对机载非垂直双天线干涉SAR系统的干涉数据设计；由于飞机姿态不断变化，本构型的机载双天线干涉SAR系统获取的图像数据在整幅图像内并不是统一的平移关系，而是存在局部的形变关系，这种形变的特点是在距离向几乎一致，在方位向存在差异；这种局部形变特点导致干涉的主辅图像之间无法采用统一模型进行全局精配准，而需要在方位向上采用更精确的局部精配准算法；局部精配准算法在粗配准的基础上， 首先建立了均勻分布的格网点，比如16*16或32*32等；接着在每个格网的交叉点上，利用窗口相关系数法或相干系数法估计方位向上亚象元级的配准偏移，一般精确到1/8或1/10 个象元；然后在每个格网内，利用周围角点的配准偏移参数，采用双线性插值或三次立方插值对每个象素的配准参数进行估计；对于图像周边的格网内的像素可以采用最邻近的方法获取配准参数；在估计每个像素配准参数的同时，完成对辅图像的精配准操作；(2)、平地相位和基线距估计算法针对主辅图像在成像过程中没有充分考虑惯导数据进行相对同一航迹的运动补偿的情况，基于惯导数据和天线三维模型精确估计基线距和平地相位；首先，依据两天线在机身坐标系中的高精度实测坐标，建立天线三维模型；其次，根据实时惯导数据建立天线的三维动态模型；并依据此模型估计地面同一点对应的两天线的不同时刻的位置；最后，准确估计平地相位和基线距；平地相位估计的具体流程地面P点在主图像中对应的列时间为tl ；根据已知斜距Rl和高度H_sens0r(tl)，计算 P点的地距Rgl ；根据主辅图像在P点的方位偏移参数，确定P点在辅图像中对应的列时间t2 ； 根据t2时刻的平台姿态，确定天线B在参考坐标系下的像对于A的坐标，进而确定等效中心C相对于A的坐标；根据t2时刻A天线的高度H_sens0r (t2)，确定t2时刻A天线的正侧视地距Rg2 ； 根据地距Rgl、Rg2和高度H_sensor (tl)、H_sensor (t2)，确定C相对于地面点P的坐标，进而计算辅天线相对于P点的斜距R2 ； 将斜距差转换到平地相位； 同时可以估计瞬时基线距；将上述流程应用到每一像素，既可以得到平地相位；在实际操作时，需要对惯导数据进行适当的平滑滤波处理；(3)、高程定标模型充分考虑干涉处理流程中的误差，在地面控制点支持下，建立高程定标的多项式模型， 模型中包含对残余误差和基线误差导致的高程误差的控制；高程纠正是利用地面控制点进行整体平差的过程，纠正模型如下
全文摘要
本发明是一种机载非垂直双天线干涉SAR系统干涉处理技术。针对机载双天线相对机身除了左右、上下位移外，还具有前后位移的情况，提出了多种创新算法以解决干涉SAR数据精确反演高程的问题。具体包括(1)提出了局部精配准算法，解决了由于天线前后布置而导致的主辅图像难以达到亚像元级精配准的难题，大大降低了噪声，提高了干涉图的质量；(2)提出基于惯导数据和主辅天线三维动态成像模型估计平地相位和基线距，解决了由于载机姿态变化而导致的平地相位难以消除的问题，减少了干涉相位的残余误差；(3)建立了考虑残余相位和基线误差的高程定标模型，在地面控制点基础上完成了高程定标。本发明使这种构型的机载干涉SAR系统得以使用，满足地形测绘的需要。
文档编号G01S13/90GK102269813SQ20111017025
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年6月23日
发明者吴涛, 汪洋, 阮祥伟, 陈仁元, 陈曦 申请人:中国电子科技集团公司第三十八研究所