專利名稱：基于差分濾波的多波段InSAR相位解纏方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多波段InSAR(Multi-band Interferometric Synthetic ApertureRadar，多波段合成孔徑雷達干涉測量)技術(shù)，特別涉及一種基于差分濾波的多波 段InSAR相位解纏方法。
背景技術(shù)：
利用多波段InSAR技術(shù)，可將不同波段(頻率)的InSAR數(shù)據(jù)進行聯(lián)合處理， 提高對地形陡峭地區(qū)混疊干涉相位的解纏精度和可靠性，從而提高獲取DEM(Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型)的精度和可靠性。對于多波段InSAR技術(shù)而言，相位解纏仍然是干涉處理的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的 相位解纏方法大都基于如下假設(shè)相鄰像素的相位差不超過半個周期η。而實際上，對于 地形起伏較大地區(qū)并采用較短波長、較長基線進行干涉成像的情況，很容易出現(xiàn)干涉相位 的欠采樣和干涉條紋的混疊。對于這種干涉條紋，很難甚至不能進行高效、高精度的相位解纏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種由最長波長開始的差分濾波多波段InSAR相位解纏方 法，利用該方法可以由最長波長的干涉圖解纏開始，把不同波段的干涉數(shù)據(jù)進行組合處理， 逐步精化解纏結(jié)果，從而提高相位解纏的可靠性和精度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案由最長波長的干涉數(shù)據(jù)出發(fā)，在對長波長、低頻率干涉圖進行有效解纏的基礎(chǔ)上， 根據(jù)波長之間的比例關(guān)系，由解纏的低頻率干涉圖生成短波長、高頻率干涉圖的基準干涉 圖，再對短波長、高頻率干涉圖與基準干涉圖進行差分處理得到差分干涉圖，從而降低短波 長、高頻率干涉圖的條紋頻率；對差分干涉圖進行濾波和相位解纏之后，再由基準干涉圖和 差分干涉圖的解纏結(jié)果得到短波長、高頻率干涉圖的解纏結(jié)果；并依此類推，一直到最短波 長的干涉圖解纏完畢。本發(fā)明包括以下步驟①獲取所有波長的干涉圖Interi,其中，i = 1,2,…，N，N表示波段數(shù)，并對最長 波長、最低頻率干涉圖Inter1進行濾波處理；②對濾波后的最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行相位解纏，得到最長波長、最 低頻率干涉圖Inter1的解纏結(jié)果UnInter1 ；③根據(jù)較長波長、較低頻率干涉圖Interi的解纏結(jié)果UnInteri構(gòu)造較短波長、較 高頻率干涉圖Interj的基準干涉圖，其中，i = 1,2,…，N，N表示波段數(shù)；j = 2，…， N，且j > i ；當由最短波長、最低頻率干涉圖的解纏結(jié)果UnInter1構(gòu)造基準干涉圖時，i = 1 ；④對較短波長、較高頻率干涉圖Interj與基準干涉圖進行差分處理，得到差分干涉圖 DInterj DInterj = Interj-Inter]；⑤對差分干涉圖DInterj進行濾波和相位解纏之后，再由基準干涉圖和差分干涉 圖的解纏結(jié)果得到較短波長、較高頻率干涉圖的解纏結(jié)果；⑥根據(jù)較短波長、較高頻率干涉圖的解纏結(jié)果，進而對更短波長、更高頻率干涉圖 進行解纏，并依此類推，直到最短波長的干涉圖解纏完畢。所述的步驟①中，采用頻率域低通濾波方法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1 進行濾波處理。在所述的步驟①中，采用空間域矢量濾波方法對最長波長、最低頻率干涉圖 Inter1進行濾波處理。在所述的步驟②中，采用質(zhì)量圖區(qū)域生長、直接相位積分和移動曲面相位擬合相 結(jié)合的自適應(yīng)相位解纏方法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行相位解纏。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，能夠較好將不同波段干涉相位進行組合處理，充分 利用較長波長干涉圖頻率較低、相位解纏較容易的優(yōu)勢和較短波長干涉圖頻率較高、精度 較高的優(yōu)勢，有效解決較短波長情況下陡峭地區(qū)混疊干涉條紋的相位解纏難題，提高相位 解纏的可解性和解纏精度。


圖1為本發(fā)明的整體流程圖；圖2為本發(fā)明中采用頻域低通濾波方法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行 濾波處理的流程圖；圖3為本發(fā)明中采用空間域矢量濾波方法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進 行濾波處理的流程圖；圖4為本發(fā)明中采用質(zhì)量圖區(qū)域生長、直接相位積分和移動曲面相位擬合相結(jié)合 的自適應(yīng)相位解纏方法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1和差分干涉圖DInterj(j = 2，…，N)進行相位解纏的處理流程圖；圖5為SRTM90米間距的DEM圖；圖6為實驗中波長=0.18m的干涉圖；圖7為實驗中波長=0.09m的干涉圖；圖8為實驗中波長=0.06m的干涉圖；圖9為波長=0. 18m干涉圖的濾波結(jié)果；圖10為波長=0. 18m干涉圖的解纏結(jié)果；圖11為根據(jù)波長=0. 18m干涉圖解纏結(jié)果而構(gòu)建的波長=0. 09m的基準干涉圖；圖12為波長=0. 09m的差分干涉圖；圖13為波長=0. 09m差分干涉圖的濾波結(jié)果；圖14為波長=0. 09m干涉圖的解纏結(jié)果；圖15為根據(jù)波長=0. 09m干涉圖解纏結(jié)果構(gòu)建的波長=0. 06m的基準干涉圖；圖16為波長=0. 06m的差分干涉圖；圖17為波長=0. 06m差分干涉圖的濾波結(jié)果；圖18為波長=0. 06m干涉圖的解纏結(jié)果。
具體實施例方式實施例1對于不同波段的干涉數(shù)據(jù)而言，其干涉處理的難度和精度不同。當波長較長時，干 涉圖頻率較低，干涉相位解纏容易，但獲取的高程精度較低；反之，當波長較短時，理論上能 夠獲取較高的高程精度，但此時容易出現(xiàn)干涉相位欠采樣，其干涉質(zhì)量較低，很難對干涉圖 進行有效濾波和相位解纏處理，無法進行有效地干涉測量和高程信息獲取。為了充分利用不同波段干涉數(shù)據(jù)的各自優(yōu)勢，本發(fā)明將不同波段的干涉數(shù)據(jù)進行 組合處理，用較長波長干涉圖的解纏結(jié)果指導(dǎo)較短波長干涉圖的相位解纏，提高了干涉相 位的可解性和解纏精度，提高獲取DEM的能力和精度。具體地說，本發(fā)明由最長波長的干涉數(shù)據(jù)出發(fā)，在最長波長、最低頻率干涉圖進行 有效解纏的基礎(chǔ)上，根據(jù)波長之間的比例關(guān)系，由最低頻率干涉圖的解纏結(jié)果構(gòu)建較短波 長、較高頻率干涉圖的基準干涉圖，再對較短波長、較高頻率干涉圖與基準干涉圖進行差分 處理得到差分干涉圖，從而降低較短波長、較高頻率干涉圖的條紋頻率，并解決因地形起伏 較大造成的相位欠采樣問題；對差分干涉圖進行濾波和相位解纏之后，再由基準干涉圖和 差分干涉圖的解纏結(jié)果得到更短波長、更高頻干涉圖的解纏結(jié)果；并依此類推，一直到最短 波長的干涉圖解纏完畢，其具體的實施步驟如下，如圖1所示①獲取所有干涉圖Interi,其中，i = 1,2,…，N，N表示波段數(shù)，并采用頻率域低 通濾波方法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行濾波處理。其中，頻率域低通濾波方 法的流程圖如圖2所示，在濾波時首先對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行二維離散 傅里葉變換，變換到頻域后采用低通濾波器進行頻域濾波，再進行二維離散傅里葉逆變換 得到干涉圖的濾波結(jié)果。②對濾波后的最長波長、最低頻率干涉圖Inter1，可采用質(zhì)量圖區(qū)域生長、直接相 位積分和移動曲面相位擬合相結(jié)合的自適應(yīng)相位解纏方法，先由質(zhì)量圖區(qū)域生長方法對高 質(zhì)量的干涉相位進行解纏，再采用移動曲面相位擬合方法完成整幅干涉圖的相位解纏。該 相位解纏流程如圖4所示。具體地說，為了對濾波后的最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行高質(zhì)量的相位
解纏，需要先計算干涉質(zhì)量圖，干涉質(zhì)量圖的計算可采用偽相干值計算公式 其中，ρ ‘ (χ, y)表示對應(yīng)于干涉圖像元(X，y)處的偽相干值； Φ,力表示相應(yīng) 處的干涉相位值；2k+l表示計算窗口的寬度。對干涉質(zhì)量圖進行區(qū)域生長時，需首先給定干涉質(zhì)量閾值，然后由人工給定的干 涉質(zhì)量較好的種子像元出發(fā)，根據(jù)質(zhì)量圖生長出干涉質(zhì)量較好的區(qū)域，并對該生長區(qū)域采 用直接相位積分方法進行相位解纏。直接相位積分方法的步驟如下⑴計算干涉圖相鄰像元間的相位差分-.I^p = φΜ ；(2)
(ii)計算差分修正值 (iii)直接相位積分，即-.φΜ = φ丨+ Δ爐。在進行移動曲面相位擬合時，可采用二次曲面進行解纏相位的擬合 移動曲面相位擬合過程如下(a)給定待擬合相位點P (x0, y0)；(b)確定點P(XQ，yQ)的鄰域范圍。為了簡化計算過程，可以點P(XQ，yQ)為中心，給 定一個7X7的矩形窗口作為鄰域范圍；(c)將選取的鄰域范圍內(nèi)的點坐標(Xi，yi)規(guī)劃到以P(XQ，yQ)為原點的坐標系，即
按下式計算 此時有 (d)計算鄰域內(nèi)屬于非屏蔽區(qū)的點數(shù)n，如果點數(shù)η > 6，列誤差方程，求解移動曲 面多項式的系數(shù)。移動曲面系數(shù)的計算公式為
/-N 6 /Iv
) 7
.S-、

X = (ATPA) ^1ATPL 其中
(e)根據(jù)移動曲面系數(shù)求解P(X(1，y0)的解纏相位值少( ，凡)=廠；
(f)循環(huán)(a)-(e)步，直至屏蔽區(qū)內(nèi)所有點都采用移動曲面擬合出相位解纏值。 需要說明的是，除此之外，也可采用枝切法、最小二乘法等其它方法進行相位解
纏，這些均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。 ③由于在基線長度、基線水平角均相同的條件下，較長波長、較低頻率干涉圖 Interi, i = 1，2，…，N，和較短波長、較高頻率干涉圖Inter」j = 2，…，N，且j > i之間對應(yīng)像素的解纏干涉相位微分存在如下關(guān)系 即任意兩幅干涉圖上對應(yīng)的解纏干涉相位微分值與波長成反比。由此，可利用較 長波長、較低頻率干涉圖Interi的解纏結(jié)果UnInteri按其相位微分關(guān)系構(gòu)造較短波長、較 高頻率干涉圖Interj的基準干涉圖，其中j = 2，…，N ； j > i，逐像素的干涉相位值 UnInter^ 為: 為了顯示基準干涉圖的構(gòu)建效果，可對其進行模處理。需要說明的是，在公式 (9)和(10)中，i = 1,2,…，N，N為波段數(shù)，且當由最短波長、最低頻率干涉圖的解纏結(jié)果 UnInter1構(gòu)造基準干涉圖時，i = 1。④在步驟③的基礎(chǔ)上，對較短波長、較高頻率干涉圖Interj與基準干涉圖/nier；進 行差分處理，得到差分干涉圖DInterj. DInterj = Interj -Inter0j。這樣，通過差分處理，可將
較短波長、較高頻率干涉圖Intei^由較高頻率轉(zhuǎn)化為較低頻率，從而降低干涉相位濾波的 難度和干涉相位解纏的難度。⑤對差分干涉圖DIntei^進行濾波和相位解纏，得到解纏結(jié)果UnDInteiv最后再 由基準干涉圖和差分干涉圖的解纏結(jié)果UnDInterj計算得到較短波長、較高頻干涉圖的解
纏結(jié)果
UnInterj = UnDInterj + UnInter](11)⑥根據(jù)較短波長、較高頻率干涉圖的解纏結(jié)果，進而對更短波長、更高頻率干涉圖 進行解纏，并依此類推，到最短波長的干涉圖解纏完畢。實施例2本實施例與實施例1不同的是，在本實施例的步驟①中，采用空間域矢量濾波方 法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行濾波處理。具體地說，如圖3所示，它包括以下步驟(a)將干涉相位值映射為矢量空間中的單位矢量。設(shè)表示干涉圖中
某像元處含噪聲的干涉相位值，將其映射到矢量空間中的單位矢量后為
= cos(^(Xjy) + y)) + . η((ρ(χ^y) + y)) ； (12)(b)把矢量空間的干涉圖分解為正弦分量Sin(樹X，y) + n(x, y))和余弦分量 cosOO，力+；(c)分別對正弦分量 sin ( Φ (x,y)+n(x,y))和余弦分量 cos (Φ (χ, y)+η (χ, y))進 行均值濾波處理；
(d)由濾波后的正弦分量Sil^(U)和余弦分量COS^(U)計算濾波后的干涉圖，令 整個矢量均值濾波可用上式表述，其中AngleO表示計算角度值 其他技術(shù)特征與實施例1相同。為驗證本發(fā)明所達到的技術(shù)效果，特作以下實驗圖5為SRTM 90米格網(wǎng)間距的 DEM圖，圖6、圖7、圖8分別為由DEM仿真的不同波段的含噪聲干涉圖，表1為所采用DEM的 相關(guān)參數(shù)及多波段InSAR系統(tǒng)參數(shù)。
表權(quán)利要求
一種基于差分濾波的多波段InSAR相位解纏方法，其特征在于該方法由最長波長的干涉數(shù)據(jù)出發(fā)，在對長波長、低頻率干涉圖進行有效解纏的基礎(chǔ)上，根據(jù)波長之間的比例關(guān)系，由解纏的低頻率干涉圖生成短波長、高頻率干涉圖的基準干涉圖，再對短波長、高頻率干涉圖與基準干涉圖進行差分處理得到差分干涉圖，從而降低短波長、高頻率干涉圖的條紋頻率；對差分干涉圖進行濾波和相位解纏之后，再由基準干涉圖和差分干涉圖的解纏結(jié)果得到短波長、高頻率干涉圖的解纏結(jié)果；并依此類推，一直到最短波長的干涉圖解纏完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分濾波的多波段InSAR相位解纏方法，其特征在于，它 包括以下步驟①獲取所有波長的干涉圖Interi,其中，i= 1,2,…，N，N表示波段數(shù)，并對最長波長、 最低頻率干涉圖Inter1進行濾波處理；②對濾波后的最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行相位解纏，得到最長波長、最低頻 率干涉圖Inter1的解纏結(jié)果UnInter1 ；③根據(jù)較長波長、較低頻率干涉圖Interi的解纏結(jié)果UnInteri構(gòu)造較短波長、較高頻 率干涉圖Interj的基準干涉圖/nier;，其中，i = 1，2，…，N，N表示波段數(shù)；j = 2，…，N， 且j > i ；當由最短波長、最低頻率干涉圖的解纏結(jié)果UnInter1構(gòu)造基準干涉圖時，i = 1 ；④對較短波長、較高頻率干涉圖Interj與基準干涉圖進行差分處理，得到差分干 涉圖 DInterj -.DInterj = Inter廠Inter;；⑤對差分干涉圖DInterj進行濾波和相位解纏之后，再由基準干涉圖和差分干涉圖的 解纏結(jié)果得到較短波長、較高頻率干涉圖的解纏結(jié)果；⑥根據(jù)較短波長、較高頻率干涉圖的解纏結(jié)果，進而對更短波長、更高頻率干涉圖進行 解纏，并依此類推，直到最短波長的干涉圖解纏完畢。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差分濾波的多波段InSAR相位解纏方法，其特征在于 在所述的步驟①中，采用頻率域低通濾波方法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行濾 波處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差分濾波的多波段InSAR相位解纏方法，其特征在于 在所述的步驟①中，采用空間域矢量濾波方法對最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行濾 波處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差分濾波的多波段InSAR相位解纏方法，其特征在于 在所述的步驟②中，采用質(zhì)量圖區(qū)域生長、直接相位積分和移動曲面相位擬合相結(jié)合的自 適應(yīng)相位解纏方法對濾波后的最長波長、最低頻率干涉圖Inter1進行相位解纏。
全文摘要
一種基于差分濾波的多波段InSAR相位解纏方法，該方法由最長波長的干涉數(shù)據(jù)出發(fā)，在對長波長、低頻率干涉圖進行有效解纏的基礎(chǔ)上，根據(jù)波長之間的比例關(guān)系，由解纏的低頻率干涉圖生成短波長、高頻率干涉圖的基準干涉圖，再對短波長、高頻率干涉圖與基準干涉圖進行差分處理得到差分干涉圖，從而降低短波長、高頻率干涉圖的條紋頻率；對差分干涉圖進行濾波和相位解纏之后，再由基準干涉圖和差分干涉圖的解纏結(jié)果得到短波長、高頻率干涉圖的解纏結(jié)果；并依此類推，一直到最短波長的干涉圖解纏完畢。本發(fā)明有效解決了較短波長情況下陡峭地區(qū)混疊干涉條紋的相位解纏難題，提高相位解纏的可解性和解纏精度。
文檔編號G01S13/90GK101881831SQ201010208448
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者周楊, 張紅敏, 徐青, 秦志遠, 靳國旺, 龔志輝 申請人:中國人民解放軍信息工程大學(xué)