基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大氣相位屏提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大氣相位屏提取方法，依據(jù)地基雷達(dá)差分干涉相位模型，基于最小二乘法擬合線性形變和時(shí)空濾波方法提取大氣相位，該干涉相位模型充分考慮地基雷達(dá)成像機(jī)理以及差分干涉原理，從而提取大氣相位屏，本發(fā)明提出振幅離差指數(shù)、相干指數(shù)以及相位穩(wěn)定性三級(jí)PS點(diǎn)選取方法，最后經(jīng)Kriging插值獲得每景雷達(dá)數(shù)據(jù)的大氣相位屏，準(zhǔn)確地提取受大氣影響產(chǎn)生的相位對(duì)雷達(dá)干涉測(cè)量精度的提高具有重要作用。通過(guò)大壩實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證本方法的正確性，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和通用性。
【專利說(shuō)明】基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大氣相位屏提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)量學(xué)領(lǐng)域【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大 氣相位屏提取方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 地基合成孔徑雷達(dá)干涉（Ground Based雷達(dá)，GB雷達(dá)，簡(jiǎn)稱地基雷達(dá)）技術(shù)是基 于微波探測(cè)主動(dòng)成像方式獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域二維影像，通過(guò)合成孔徑技術(shù)和步進(jìn)頻率技術(shù)實(shí) 現(xiàn)雷達(dá)影像方位向和距離向的高空間分辨率，克服了星載SAR影像受時(shí)空失相干嚴(yán)重和時(shí) 空分辨率低的缺點(diǎn)，通過(guò)干涉技術(shù)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于毫米級(jí)微變形監(jiān)測(cè)，采用GB雷達(dá)技術(shù)能精確 測(cè)定被測(cè)物表面沿雷達(dá)視線向（LOS)的微量變形信息，其基本原理是：通過(guò)合成孔徑雷達(dá) 技術(shù)獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域的二維影像，利用SF-CW技術(shù)提高雷達(dá)的距離向分辨率，通過(guò)比較影像 中目標(biāo)點(diǎn)的電磁波相位信息，采用干涉技術(shù)求取監(jiān)測(cè)區(qū)域的變形量。
[0003] 地基雷達(dá)進(jìn)行工程監(jiān)測(cè)具有以下優(yōu)勢(shì)：（1)利用干涉技術(shù)，地基雷達(dá)提取的形變 精度高；（2)不受重訪周期限制，地基雷達(dá)提取的形變具有連續(xù)性；（3)地基雷達(dá)可根據(jù)大 型建筑的變形特點(diǎn)，選擇合適的時(shí)間和位置進(jìn)行觀測(cè)，具有靈活性；（4)地基雷達(dá)的設(shè)站和 周邊環(huán)境易于控制和測(cè)量，測(cè)量誤差具有可控性。但是同時(shí)還具有以下缺點(diǎn)，（1)地基雷達(dá) 數(shù)據(jù)處理過(guò)程相對(duì)復(fù)雜；(2)地面干涉測(cè)量精度雖高，但易受到大氣擾動(dòng)或系統(tǒng)噪聲影響， 而其中大氣擾動(dòng)造成的相位影響最大，導(dǎo)致測(cè)量精度低，有必要對(duì)其進(jìn)行提取處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有的地基雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法中存在數(shù)據(jù)處理 過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，易受到大氣擾動(dòng)或系統(tǒng)噪聲影響的問(wèn)題。本發(fā)明的基于地基合成孔徑雷達(dá) 干涉的大氣相位屏提取方法，依據(jù)地基雷達(dá)差分干涉相位模型，通過(guò)最小二乘法擬合線性 形變和時(shí)空濾波方法提取大氣相位，該干涉相位模型充分考慮地基雷達(dá)成像機(jī)理以及差分 干涉原理，從而提取大氣相位屏，準(zhǔn)確地提取受大氣影響產(chǎn)生的相位對(duì)雷達(dá)干涉測(cè)量精度 的提高具有重要作用，具有良好的應(yīng)用前景。
[0005] 為了解決上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大氣相位屏提取方法，其特征在于：包括以下 步驟，
[0007] 步驟（1)，基于地基雷達(dá)差分干涉原理，建立差分相位模型，則第n景影像的第k個(gè) 像素點(diǎn)的差分干涉相，如公式（1)所示，
[0008]

【權(quán)利要求】
1.基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大氣相位屏提取方法，其特征在于：包括以下步驟， 步驟（1)，基于地基雷達(dá)差分干涉原理，建立差分相位模型，則第n景影像的第k個(gè)像素 點(diǎn)的差分干涉相位,如公式（1)所示，
其中，為第n景影像的第k個(gè)像素點(diǎn)兩次雷達(dá)觀測(cè)中像素在視線向形變相位、 為第n景影像的第k個(gè)像素點(diǎn)在兩次觀測(cè)下大氣延遲差的貢獻(xiàn)值、為第n景影 像的第k個(gè)像素點(diǎn)在兩次觀測(cè)像點(diǎn)的反射特性變化產(chǎn)生的相位貢獻(xiàn)、為第n景影像 的第k個(gè)像素點(diǎn)在干涉測(cè)量中，由于時(shí)間和空間去相干影響而產(chǎn)生的噪聲以及SAR影像本 身所產(chǎn)生的熱噪聲； 步驟（2)，對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)后，進(jìn)行幅度信息比較，將地基雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處 理，得到歸一化像元值A(chǔ)j,如公式（2)所示，
其中，Uu為原始影像第i行、第j列像素的幅值，并根據(jù)公式（2)，得到歸一化矩陣R， 如公式（3)所示，
其中，m為矩陣R的行數(shù)，n為矩陣R的列數(shù)； 步驟（3)，利用最小二乘法對(duì)連續(xù)觀測(cè)的地基雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，如公式（4)所示，
其中，Mx,y為主影像像元（x，y)強(qiáng)度值,為從影像像元（x2，y 2)強(qiáng)度值、aQ，ai，a2，bQ， bp b2為幾何畸變參數(shù)，利用強(qiáng)度差的平方和最小原理進(jìn)行配準(zhǔn)，S卩2VV = min，其中，V為 主從影像強(qiáng)度值的較差； 步驟（4)，將配準(zhǔn)后的地基雷達(dá)進(jìn)行差分干涉處理，如公式（5)所示， \n,k - ,master，n，k ^slave,n,k (5 ) 其中 ? ^Pmasier,n,k 為主影像對(duì)應(yīng)像點(diǎn)的相位值、-Awa*為從影像對(duì)應(yīng)像點(diǎn)的相位值，式 中由SAR復(fù)數(shù)影像獲取相位公式為 Im(U)和Re (u)分別為雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)
? u的虛部和實(shí)部； 步驟（5)，通過(guò)振幅離差指數(shù)法，提取永久散射體候選點(diǎn)Da，振幅離差的數(shù)學(xué)表達(dá)式，如 公式（6)所示，
其中，ii A、〇 A分別為振幅的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，若Da的值不大于0. 25,作為提取初始的 永久散射體點(diǎn)目標(biāo)的閾值； 步驟（6)，將第n景影像的第k個(gè)像素點(diǎn)兩次雷達(dá)觀測(cè)中像素在視線向形變相位 根據(jù)公式（7)，分為線性視線向形變相位Puu和非線性視線向形變相位的之和 f 爐NL.?，A ?
式（1)，則第n景影像的第k個(gè)像素點(diǎn)的差分干涉相位，表示為公式（8)，
步驟（7)，通過(guò)時(shí)間域低通濾波去除噪聲，去除估算線性形變后的殘余相位為
作為主大氣相位值，由于 f 噪聲在時(shí)間序列上是一個(gè)高頻信號(hào)，因此，將A,-P為主大氣相位從殘余相位值中去除減 掉在時(shí)間序列上通過(guò)低通濾波的剝離噪聲； 步驟（8)，將<^_^在空間上進(jìn)行平滑結(jié)果，作為時(shí)間T上獲取的從影像的大氣相位 APSslave，再將APSslave加上主大氣相位值S ,得到對(duì)應(yīng)每個(gè)差分干涉圖對(duì)應(yīng)的大氣相位； 步驟（9)，當(dāng)從差分干涉相位中去除大氣相位屏后，根據(jù)公式（9)對(duì)影像上的每個(gè)像素 點(diǎn)進(jìn)行時(shí)序分析，
來(lái)重新計(jì)算時(shí)序影像上每個(gè)點(diǎn)的整體相干性，通過(guò)不大于閾值0. 8以選擇最終的永久 散射體PS點(diǎn)； 步驟（10)，利用每一個(gè)最終的永久散射體PS點(diǎn)的大氣相位，通過(guò)Kriging插值法估計(jì) 出對(duì)應(yīng)于每一景雷達(dá)圖像中每一個(gè)像元的大氣相位，插值公式如公式（10)所示，
其中，APS (Si)為第i個(gè)永久散射體PS點(diǎn)的大氣相位、Stl為未知像點(diǎn)位置、Si為已知像 點(diǎn)位置、M為估算大氣相位值所需的永久散射體PS的點(diǎn)個(gè)數(shù)、A i為距離反比加權(quán)函數(shù)，表
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大氣相位屏提取方法，其特征 在于：步驟（2)將地基雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，其中地基雷達(dá)數(shù)據(jù)的影像取景數(shù)量不少 于30景。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大氣相位屏提取方法，其特征 在于：步驟（7)，通過(guò)時(shí)間域低通濾波去除噪聲，采用均值濾波器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地基合成孔徑雷達(dá)干涉的大氣相位屏提取方法，其特征 在于：步驟（5)，通過(guò)振幅離差指數(shù)法，Da等于0. 25,作為提取永久散射體候選點(diǎn)目標(biāo)的閾 值。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK104360332SQ201410633483
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】岳建平, 邱志偉, 汪學(xué)琴, 岳順, 曾慶寶, 劉斌 申請(qǐng)人:河海大學(xué)