一种基于频率补偿的多基线sar干涉相位估计方法
【专利摘要】本发明公开一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法，通过展开最短基线的复干涉图，来提取复干涉图的每一像元随基线变化的粗略估计频率；把上述提取出的复干涉图的每一像元随基线变化的粗略估计频率通过共轭复乘补偿给相应的抽样复干涉信号；对降频抽样复干涉信号进行傅里叶变换，并做峰值搜索后获得复干涉图的每一像元随基线变化的降频抽样复干涉信号频率；将步骤一所得的粗略估计频率与步骤三所得的降频抽样复干涉信号频率叠加后，获得复干涉图每一像元随基线变化的估计频率；在获得复干涉图的每一像元随基线变化的估计频率的基础上，求得最长基线干涉图的干涉相位。本发明其具有简单有效、计算量较小、精度较高，稳健性较强的特点。
【专利说明】-种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多基线SAR (Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达）干涉相位估 计领域，具体涉及一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法。
【背景技术】
[0002] 干涉合成孔径雷达（Interferometry Synthetic Aperture Radar，InSAR)利用两 副天线对地同时观测或单天线两次对地近似平行观测来获取目标区域的三维信息，具有 快速、高效、精确、大范围获取地表三维信息的能力，为监控目标和管理大范围的环境问题 提供了更直接和更有效的方法，已广泛地应用在地理信息系统（Geographic Information System，GIS)构建、环境监测及预警等领域。多基线InSAR技术能解决传统InSAR技术存 在系统高度模糊数与缠绕相位解缠可靠性不可兼顾的矛盾，具有解决陡峭或断裂山地、城 市等不连续复杂地形三维测绘的能力与潜力。多基线SAR干涉相位估计是多基线InSAR技 术应用中的关键环节，其展开精度直接关系到多基线InSAR系统高程测量精度，一直以来 就是多基线InSAR技术应用研究的热点与难点问题。过去十几年以来，有关多基线SAR干 涉相位估计方法的文献已陆续发表，包括中国余数定理法、最小二乘法、最小范数法、最大 似然法以及迭代法、子空间投影及波束形成算法等。上述方法中，中国余数定理法易受干涉 相位噪声的影响而失效。最小二乘法和最小范数法本质上是利用多个干涉基线的相位梯度 来平滑长基线的相位梯度值，其估计精度不仅受干涉图质量影响较大，而且如果权值选择 不当或离散相位梯度估计不能反映真实的相位梯度，则会引入较大的误差。最大似然相位 估计方法利用最大似然估计准则从多幅复SAR图像提取相位信息，没有最小二乘算法中相 邻像素点的干涉相位差必须小于η的限制条件，但它通常还需利用其他相位展开算法对 最大似然估计后的折叠相位进行展开，其精度受限于后续算法处理其折叠相位的能力。迭 代法首先通过展开短基线干涉图来获取较长基线干涉图相关信息，以此类推，最终展开最 长基线干涉图，可以避免直接展开长基线干涉图带来的困难，但该方法存在前级与后级间 误差传递效应大，易导致长基线干涉图部分区域相位估计精度严重恶化。子空间投影及波 束形成法能在抑制干涉相位噪声的同时完成干涉相位展开，但存在准确估计噪声子空间维 数难度较大和对干涉图信噪比要求较高的问题，如干涉图信噪比较低时，协方差矩阵大小 特征值接近，导致噪声子空间维数估计存在较大的困难，而噪声子空间维数估计不准将严 重影响其相位展开精度。张红梅等提出的"利用差分滤波进行多基线InSAR相位解缠"[张 红敏，靳国旺，徐青，秦志远.利用差分滤波进行多基线InSAR相位解缠.武汉大学学报 (信息科学版），2011，36(9) :1031-1034.]将差分滤波思想引入到多基线SAR干涉相位展开 中，以较短基线干涉图展开结果指导较长基线干涉图的展开，从而扩展干涉相位估计的非 模糊区间，以解决较长基线干涉图中欠采样区域的展开难题。然而，该方法不仅要求最短基 线干涉图质量较高，不存在频谱混叠问题，且不同干涉基线之间必须满足适当比例关系；否 贝1J，该方法误差较大，甚至完全失效。此外，文献1公开了一种基于多基线组合频率估计的 相位估计方法[谢先明，皮亦鸣.一种基于多基线组合频率估计的相位展开方法.测绘学 报，2012, 41 (1) :93-99.]，该方法通过选取适当的基线组合和提取任一复像元（随基线变 化的）频率来获得长基线干涉相位估计值，不需要进行大量的迭代运算，甚至当最短基线 较短时，不需要进行干涉相位展开；但该方法受采样定理限制，其基线间隔必须小于临界基 线间隔；否则该方法失效。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估 计方法，其具有简单有效、计算量较小、精度较高，稳健性较强的特点。
[0004] 为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤一，通过展开最短基线的复干涉图，来提取复干涉图的每一像元随基线变化 的粗略估计频率；
[0007] 步骤二，把上述提取出的复干涉图的每一像元随基线变化的粗略估计频率通过共 轭复乘补偿给相应的抽样复干涉信号，获得降频抽样复干涉信号；
[0008] 步骤三，对降频抽样复干涉信号进行傅里叶变换，并做峰值搜索后获得复干涉图 的每一像元随基线变化的降频抽样复干涉信号频率；
[0009] 步骤四，将步骤一所得的粗略估计频率与步骤三所得的降频抽样复干涉信号频率 叠加后，获得复干涉图每一像元随基线变化的估计频率；
[0010] 步骤五，在获得复干涉图的每一像元随基线变化的估计频率的基础上，求得最长 基线干涉图的干涉相位。
[0011] 在步骤三中，当基线间隔均匀时，则直接对降频抽样复干涉信号做快速傅里叶变 换；当基线间隔非均匀时，则对降频抽样复干涉信号做非均匀间隔离散傅里叶变换。
[0012] 与现有技术相比，本发明不受干涉基线间隔的限制，不需要进行大量的迭代运算， 甚至当最短基线较短时，可完全避开相位展开这一繁琐的步骤，在不同地形、不同基线间隔 干涉图相位估计实验中均获得了较好的结果，具有简单有效、计算量较小、精度较高，稳健 性较强的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 在1-A锥形场景干涉图干涉相位估计实验（Λ B = 60m)中：
[0014] 图 1 (a) - (e)分别干涉基线 = 200m、B2 = 260m、B3 = 320m、B4 = 380m 和 B8 = 620m的干涉图；图1 (f)为B8干涉图真实干涉相位；
[0015] 图2(a)_(c)分别为文献1方法的估计结果、估计误差和误差统计直方图；
[0016] 图3(a)_(c)分别为本发明的估计结果、估计误差和误差统计直方图。
[0017] 在1-B锥形场景干涉图干涉相位估计实验（Λ B = 80m)中：
[0018] 图4(a)和（b)分别为氏=200m和民=760m干涉图；图4(c)为民干涉图真实 干涉相位；
[0019] 图5(a)_(c)分别为文献1方法的估计结果、估计误差和误差统计直方图；
[0020] 图6(a)_(c)分别为本发明的估计结果、估计误差和误差统计直方图。
[0021] 在2-A锥形场景干涉图干涉相位估计（基线间隔非均匀）实验中：
[0022] 图7(a)_(c)分别为本发明的估计结果、估计误差和误差统计直方图。
[0023] 在2-B多山地形干涉图干涉相位估计（基线间隔非均匀）实验中：
[0024] 图8(a)为多山地场景图；图8(b)为干涉基线B8 = 760m时的干涉图；
[0025] 图8 (c)为B8干涉图真实干涉相位；
[0026] 图9(a)_(c)分别为本发明的估计结果、估计误差和误差统计直方图。
[0027] 在2-C金字塔地形干涉图干涉相位估计（基线间隔非均匀）实验中：
[0028] 图10(a)和（b)分别为干涉基线& = 200m和B8 = 760m干涉图；图10(c)为B8 干涉图真实干涉相位；
[0029] 图11 (a)-(c)分别为本发明的估计结果、估计误差和误差统计直方图。
【具体实施方式】
[0030] 一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法，包括如下步骤：
[0031] 步骤一，通过展开最短基线（Bi基线）复干涉图，来提取该复干涉图的每一像元随 基线变化的粗略估计频率/*，即
【权利要求】
1. 一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法，其特征是，包括如下步骤： 步骤一，通过展开最短基线即氏基线复干涉图，来提取该复干涉图的每一像元随基线 变化的粗略估计频率$，即 步骤二，把上述提取出的复干涉图的每一像元随基线变化的粗略估计频率通过共轭复 乘补偿给相应的抽样复干涉信号，获得降频抽样复干涉信号； 步骤三，对降频抽样复干涉信号进行傅里叶变换，并做峰值搜索后获得复干涉图的每 一像元随基线变化的降频抽样复干涉信号频率； 步骤四，将步骤一所得的粗略估计频率与步骤三所得的降频抽样复干涉信号频率叠加 后，获得复干涉图每一像元随基线变化的估计频率； 步骤五，在获得复干涉图的每一像元随基线变化的估计频率的基础上，求得最长基线 干涉图的干涉相位。
2. 根据权利要求1所述的一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法，其特征 是， 在步骤三中，当基线间隔均匀时，则直接对降频抽样复干涉信号做快速傅里叶变换；当 基线间隔非均匀时，则对降频抽样复干涉信号做非均匀间隔离散傅里叶变换。
【文档编号】G01S13/90GK104062658SQ201410251346
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】谢先明 申请人:桂林电子科技大学