一種聯(lián)合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于遙感影像的SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá)）圖像處 理領(lǐng)域，特別涉及一種聯(lián)合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量，以 下簡稱干涉SAR)，是在SAR的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)用于測(cè)量地形的實(shí)用技術(shù)，該技術(shù)是 對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域快速高效獲取地形信息和形變信息的重要技術(shù)手段，能夠?yàn)橹卮笞匀粸?zāi)害應(yīng) 急等提供快速的信息保障服務(wù)，具有極大的實(shí)際應(yīng)用潛力，是當(dāng)前SAR技術(shù)領(lǐng)域的研究熱 點(diǎn)之一。針對(duì)地形復(fù)雜區(qū)域，如何解決陡峭地形、破碎地貌帶來的SAR影像疊掩、陰影問題， 以及干涉失相干、立體匹配盲區(qū)等問題，是當(dāng)前InSAR技術(shù)實(shí)用化的瓶頸問題，也是InSAR 技術(shù)發(fā)展的重要研究方向。而綜合應(yīng)用StereoSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá)立體測(cè)量，以下簡稱立體SAR)輔助InSAR技術(shù)，可有效提高解決失相 干問題的能力，減弱甚至消除疊掩、陰影所帶來的信息缺失等問題，從而解決復(fù)雜地形、地 貌地區(qū)DEM (Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型）提取問題。
[0003] 在立體SAR輔助InSAR技術(shù)方面，Crosetto等描述了立體SAR和InSAR結(jié)合生成 DEM的技術(shù)，該技術(shù)先對(duì)ERS-I和Radarsat影像對(duì)所生成的DEM進(jìn)行精確幾何定位，利用已 知的參考DEM進(jìn)行驗(yàn)證，并研究它們的互補(bǔ)性，最終提出利用干涉和立體數(shù)據(jù)融合的方式 補(bǔ)償大氣對(duì)InSAR DEM生成的影響。d'Ozouville等利用ENVISAT ASAR影像對(duì)生成DEM。 結(jié)果表明，利用干涉和立體技術(shù)生成DEM具有高潛能。盡管干涉技術(shù)受到高植被區(qū)域低相 干的影響，但在其它區(qū)域顯示出高精度；雷達(dá)立體測(cè)量在整個(gè)島嶼區(qū)域取得了一致的結(jié)果。 Eldhuset等聯(lián)合COSMO-SkyMed和TanDEM-X衛(wèi)星數(shù)據(jù)，利用立體和InSAR技術(shù)估計(jì)絕對(duì)高 程。干涉條紋圖上反映的是相對(duì)高度，采用立體SAR技術(shù)可以量測(cè)獲取自然或人造角反射 器的絕對(duì)高程參考值，利用TerraSAR-X和TanDEM-X生成的干涉條紋圖獲得地物的相對(duì)高 度信息，然后利用TerraSAR-X和COSMO-SkyMed形成的立體量測(cè)自然或人造角反射器的絕 對(duì)高程，這些自然或人造角反射器作為已知控制點(diǎn)，最終獲得地物的絕對(duì)高程。雖然國外對(duì) 于綜合利用干涉SAR和立體SAR技術(shù)有一定的研究，但是國內(nèi)在這方面研究極少，且不夠深 入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所述的聯(lián)合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法，包括如下步驟：
[0005] 步驟10 :獲取三幅影像，分別記為影像1、影像2和影像3 ;其中，影像1和影像2 構(gòu)成干涉SAR影像對(duì)，影像1為主影像，影像2為輔影像；影像1和影像3構(gòu)成立體SAR影 像對(duì)，其中影像1為左影像，影像3為右影像；
[0006] 步驟20 :對(duì)干涉SAR影像對(duì)進(jìn)行復(fù)影像配準(zhǔn)，通過影像配準(zhǔn)系數(shù)將輔影像與主影 像的對(duì)應(yīng)像點(diǎn)關(guān)聯(lián)，并計(jì)算兩副天線所接收到的信號(hào)的相位差史t
[0007] 步驟30 :以距離多普勒RD模型和干涉SAR影像對(duì)的相位方程構(gòu)建InSAR成像幾 何模型；
[0008] 步驟40 :對(duì)立體SAR影像對(duì)進(jìn)行立體匹配；
[0009] 步驟50 :構(gòu)建SAR立體模型；
[0010] 步驟60 :聯(lián)合SAR立體模型和InSAR成像幾何模型構(gòu)建StereoSAR和InSAR聯(lián)合 平差模型；
[0011] 步驟70,基于構(gòu)建的StereoSAR和InSAR聯(lián)合平差模型進(jìn)行平差解算，獲得DEM。
[0012] 優(yōu)選的，在步驟10中，所述干涉SAR影像對(duì)是重復(fù)軌道干涉模式獲取的SAR影像 對(duì)，或者是雙天線干涉模式同時(shí)獲取的SAR影像對(duì)。
[0013] 優(yōu)選的，在步驟10中，所述立體SAR影像對(duì)是利用不同攝站獲取的同一地區(qū)的具 有預(yù)設(shè)重疊度的兩幅SAR影像。
[0014] 優(yōu)選的，在步驟20中，采用公式一計(jì)算兩副天線所接收到的信號(hào)的相位差f
[0016] 其中，λ是雷達(dá)波長，RJPR2分別為從主、副天線到目標(biāo)的斜距，從主、副天線到 目標(biāo)的斜距為同一地面點(diǎn)主、副影像的斜距。
[0017] 優(yōu)選的，在步驟30中距離多普勒RD模型包括：距離方程和多普勒方程，采用公式 -表不：
[0020] 其中，Rtn是干涉SAR影像對(duì)主影像的初始斜距，m i是干涉SAR影像對(duì)主影像的距 離向像元大小，J1為干涉SAR影像對(duì)主影像對(duì)應(yīng)的列號(hào)，B為基線長度，α為基線與水平 面的夾角，Θ為主影像視角，RJPR 2分別為同一地面點(diǎn)主、副影像的斜距，λ為雷達(dá)波長， A》為主影像傳感器S1的位置矢量，（X t，Yt，Zt)為地面點(diǎn)t的物方地理坐標(biāo)， 其中，上述各個(gè)位置為同一空間坐標(biāo)系。
[0021] 優(yōu)選的，采用公式三在步驟50中構(gòu)建SAR立體模型：
[0024] 由于立體SAR影像對(duì)中的主影像為影像I，那么公式三中的F2、F3與公式二中的 F2、F3相同，此外F4、F5分別為距離方程和多普勒方程；另外，公式三中的Rq3是立體SAR影 像對(duì)右影像的初始斜距，m 3是立體SAR影像對(duì)右影像的距尚向像兀大小，j 3為立體SAR影像 對(duì)中右影像對(duì)應(yīng)的列號(hào)，?；，為右影像傳感器的位置矢量，（不。&，zF3) 為右影像傳感器的速度矢量。
[0025] 優(yōu)選的，在步驟60中采用公式四構(gòu)建StereoSAR和InSAR聯(lián)合平差模型：
[0027] 由于公式四為非線性方程，必須先利用公式四在地面目標(biāo)點(diǎn)的初始值處 (Xt0，Y tD，ZJ進(jìn)行泰勒展開，略去二次及以上各項(xiàng)，得到公式五所述的線性化誤差方程；線 性化過程中需對(duì)目標(biāo)點(diǎn)（X t，Yt，Zt)求偏導(dǎo)，這樣目標(biāo)點(diǎn)的求解就轉(zhuǎn)化為了利用五個(gè)方程求 解三個(gè)未知數(shù)的最小二乘平差，其中，公式推導(dǎo)過程為：
[0028] V = BX-L 公式五
[0029] 在公式五中
[0031]其中：

[0059] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的方法構(gòu)建了 StereoSAR和InSAR聯(lián)合平差模型，聯(lián) 合StereoSAR和InSAR成像模型，將立體SAR獲取的DEM和InSAR獲取的DEM納入到統(tǒng)一 坐標(biāo)系中，統(tǒng)一平差，提高了 InSAR獲取DEM的平面和高程精度。
【附圖說明】
[0060] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附 圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0061] 圖1是本發(fā)明所述的一種聯(lián)合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法的流程圖。
[0062] 圖2是本發(fā)明所述的InSAR成像幾何關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0064] 圖1為本發(fā)明所述的一種聯(lián)合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法的流程圖。該 種聯(lián)合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法，聯(lián)合StereoSAR立體模型和InSAR成像幾何模 型構(gòu)建聯(lián)合平差模型，通過平差解算獲取DEM ;相對(duì)于獨(dú)立StereoSAR獲取的DEM和InSAR 獲取的DEM，聯(lián)合平差提高了 DEM的平面和高程精度。其中，InSAR成像幾何模型是以距離 多普勒（RD)模型和相位方程為基礎(chǔ)建立的。距離方程、多普勒方程和相位方程是關(guān)于目標(biāo) 點(diǎn)地理位置的函數(shù)；同樣地，立體模型也是以RD模型為基礎(chǔ)構(gòu)建的，同樣也是關(guān)于目標(biāo)點(diǎn) 地理位置的函數(shù)。那么，利用聯(lián)合立體模型和InSAR成像幾何模型構(gòu)建統(tǒng)一平差方程解求 目標(biāo)點(diǎn)的三維地理坐標(biāo)，這樣目標(biāo)點(diǎn)的解求就轉(zhuǎn)化為利用五個(gè)方程求解三個(gè)未知數(shù)的最小 二乘平差問題。
[0065] 圖2為本發(fā)明所述的StereoSAR和InSAR聯(lián)合提取DEM的InSAR成像幾何關(guān)系圖。 StereoSAR和InSAR聯(lián)合提取DEM，需要三幅影像，分別記為影像1、影像2和影像3。這三 幅影像為同側(cè)獲得，即同為左側(cè)視或右側(cè)視。若選擇影像1為主影像，那么選擇與影像1的 空間基線和時(shí)間基線相對(duì)較小的影像2作為干涉SAR影像對(duì)的副影像，影像3就作為立體 SAR影像對(duì)的右影