一种SAR层析参考网快速生成方法

本发明属于遥感成像技术领域，涉及一种利用多幅星载sar(syntheticapertureradar，合成孔径雷达)图像进行高度维成像时，消除大气影响需利用的一种参考模型。

背景技术：

星载sar三维成像通常也称为星载sar层析，是指利用对同一目标的多角度相干观测，在高度向上形成合成孔径，具有高度向分辨率，能实现对观测目标的真三维成像。sar层析的主要数据源来自星载多航过系统，利用该系统得到的各次航过的sar图像的aps(atmosphericphasescreen，大气相位误差)随观测时间随机变化，会对sar层析产生严重影响。为了消除大气影响，sar层析处理中主要应用参考网技术，实现全场景大气相位校正，参见文献一：《robustdetectionofsingleanddoublepersistentscatterersinurbanbuiltenvironments》，p.f.ma等著。该技术的基本思想是：基于aps具有空间缓变特性，可认为sar图像中临近像元aps近似，通过临近像元相位差分，便可大大抵消aps误差。利用上述基本思想，参考网技术就是将覆盖全场景的单ps(persistentscatterer，永久散射点)连接成覆盖全场景的网络(即参考网)，其余像元以离其最近的单ps点为参考进行相位差分，以实现全场景aps校正及ps点检测。对参考网技术而言，参考网的质量将直接决定能否实现全场景aps有效校正。理论上，希望所生成的参考网能均匀覆盖全场景。

参见文献一提供的参考网是基于delaunay三角剖分形成的delaunay三角网经优化后的最大连通网。但是，由于delaunay三角网网络冗余度低，经网络优化后易形成ps孤立点和孤立岛问题，导致该参考网不具有全场景覆盖能力，从而基于这种参考网无法实现全场景aps校正。此外，最大连通网搜索过程极其耗时，将会造成参考网生成效率低下。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于分段搜索分块组网的参考网快速生成方法，所生成的参考网具有全场景覆盖能力，并且参考网生成效率很高。

本发明技术方案是：一种基于分段搜索分块组网的参考网快速生成方法，其特征在于，将sar图像均匀划分为若干子块；在每个子块内生成子块连通网；在相邻子块之间建立连接边；利用上述信息生成sar层析参考网。

进一步地，在各子块内采用基于分段蚁群搜索方式生成子块连通网。

本发明的技术效果是：本发明提供的参考网快速生成方法无需进行最大连通网搜索，通过分段搜索降低了在全搜索空间内直接进行单ps搜索而造成的计算时间浪费，通过分块组网方式可以快速将各子块连通形成大连通网，两种方式可以大大加速大场景参考网生成效率，即该发明计算效率很高。此外，在各子块内通过蚁群搜索方式生成均匀覆盖各子块的蚁群网，然后，且通过在各子块连通网间建立高质量边，可将各子块连通网连通为均匀覆盖整场景的最大参考网，即基于该发明得到的sar层析参考网具有全场景覆盖能力。

附图说明

图1为本发明提供的基于分段搜索分块组网的sar层析参考网快速生成方法示意图；

图2为本发明提供的基于分段搜索分块组网的sar层析参考网快速生成方法流程图；

图3～图7是利用本发明具体实施方式进行实测数据处理的结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的基于蚁群搜索的sar层析参考网生成方法进行详细说明。

整个流程分为三大步。step1，区域分块；step2，子块连通网快速生成；step3：子块连通网连通。具体描述如下：

step1：区域分块

将整个场景即整幅sar图像，均匀划分为若干子块。假设sar图像大小为：xa×xr(单位：像元)，分块处理时设定的子块大小为:xa×xr。子块的大小根据实际情况确定。通过在实验室的实验发现，通常选择为佳，其中：表示向上取整算子。

step2：子块连通网快速生成

在每个子块内生成子块连通网。通常，生成子块连通网可以采用现有的基于delaunay三角剖分形成。本发明推荐使用基于分段蚁群搜索方式生成子块连通网，过程如下：

步骤①：将距离阈值dthres划分为l个子段，第i(1≤i≤l)个子段对应的搜索空间di定义为：以作为起始蚁的像元为中心，与该像元的距离为di的所有像元组成的区域，其中距离阈值dthres的取值根据实际情况确定，通常为百米量级。通过实验证明，分段数的最佳选择范围为5≤l≤20。

步骤②：令i＝1，选取子块内任一像元作为起始蚁，在第1个子段对应的搜索空间内，采用专利号：202011621544.1提供的方法在起始蚁周围生成和筛选出满足要求的pi条高质量单ps边，并把筛选出的单ps边的终点作为新的起始蚁；

步骤③：令i＝i+1，在第i(1≤i≤l)个子段对应的搜索空间内，采用专利号：202011621544.1提供的方法在各个起始蚁周围生成和筛选出满足要求的高质量单ps边，并把筛选出的单ps边的终点作为新的起始蚁；

步骤④：如果前i段搜索空间内筛选出的高质量单ps边总数量满足循环结束条件：即p＝p1+…+pi≥f时(f表示网络冗余度阈值)，则结束循环；否则，返回步骤③继续在下一子段对应的搜索空间内进行高质量单ps边搜索，并把筛选出的单ps边的终点作为新的起始蚁，直至满足循环结束条件或搜索完所有子段(即i＝l)时为止。

通过在各蚁周围约束空间内分段扩大范围搜索，可在不影响参考网建边质量的前提下，大大降低子块连通网所需的建网时间。本步骤的处理过程中，各子块之间相互独立，各子块连通网的建立过程互不影响，可通过并行方式进行。

step3：子块连通网连通

在各子块连通网间建立连接边，形成均匀覆盖全场景的sar层析参考网。即在相邻的子块连通网之间，利用参考文献二：《newapproachesforrobustandefficientdetectionofpersistentscatterersinsartomography》，x.x.zhu等提供的方法建立连接边。

图3至图7是进行实测数据处理的结果。

图3为terrasar-x平均sar强度图。横向表示方位向，纵向表示距离向，方位向和距离向分辨率分别为0.24m和0.6m。该图是利用26景terrasar-x卫星staringspotlight模式sar图像幅度图求平均得到的。

图4为利用参考文献一提供的现有方法生成的参考网，该参考网只能覆盖部分观测区域。从图中可以看出，区域1和区域2均不能得到有效覆盖，且区域3中线状道路目标无法覆盖。

图5为利用本发明所提出方法建立的参考网。sar图像的距离-方位向大小xa×xr为1370×3826，子块的大小xa×xr为688×1913，整幅sar图像被划分为2×2块，距离阈值dthres＝300米，分段数设为l＝10。与现有方法生成的参考网相比，基于本发明所提出方法生成的参考网能覆盖全场景，具有全场景覆盖能力。

图6为基于参考文献一提供的现有方法生成的参考网上ps点高度图。横向表示方位向，纵向表示距离向，灰度表示高度，图中的六角形表示零高程参考点的灰度值。由于现有方法生成的参考网不能覆盖区域1、区域2及区域3中的现状道路目标，这些区域的ps点高度不能得到有效反演。

图7为基于本发明所提出方法生成的参考网上ps点高度图。横向表示方位向，纵向表示距离向，灰度表示高度，图中的六角形表示零高程参考点的灰度值。由于基于本发明所提出方法生成的参考网能覆盖全场景，全场景ps点高度均能得到有效反演，证明了本发明所提出方法的有效性。

利用参考文献一提供的现有参考网生成方法得到图4的计算时间为832.8秒，利用本发明所提出的参考网生成方法得到图5的计算时间为131.6秒，本发明所提出的参考网生成方法的计算效率提升了约6.3倍，证明了本发明所提出方法的高效性。