[发明专利]多基线/多频段干涉相位解缠频域快速算法

说明书

技术领域

本发明属于遥感和信号处理的交叉技术领域，特别涉及一种利用干涉合成孔径雷达进行多基线/多频段条件下的干涉相位解缠的频域快速方法。 

背景技术

一切将相位由主值或相位差值恢复为真实值的过程统称为相位解缠，除了干涉合成孔径雷达应用外，相位解缠在合成孔径声纳、自适应光学、核磁共振、地震处理等方面都有重要应用。利用多部干涉合成孔径雷达形成多基线或多频段干涉可提高相位解缠的性能。 

本发明以干涉合成孔径雷达应用为例。传统的单基线或单频段干涉合成孔径雷达系统受干涉相位模糊和高程叠掩影响，在复杂地形区域相位解缠难度较大，极大地限制了单基线或单频段干涉合成孔径雷达系统的高精度全球测绘能力。多基线或多频段干涉合成孔径雷达系统的提出与实现则有效地提高了干涉合成孔径雷达对复杂地形的测量精度和测量覆盖能力。多基线或多频段干涉合成孔径雷达系统的最大优点就是可以充分利用其长短基线或高低频段获取疏密不同的干涉相位条纹来提高相位解缠的性能，短基线或低频段可以保证相位解缠的可靠性，长基线或高频段可以提高测量精度。因此多基线/多频段干涉合成孔径雷达系统更具吸引力，是未来发展的趋势。 

目前多基线/多频段相位解缠方法主要有：中国余数定律法、投影法以及线性组合法、迭代法、时域最小二乘法、Kalman滤波法、最大似然法、最大后验法、空-像域联合子空间正交投影法和网络流法等，其中多基线/多频段时域最小二乘法的基本思想是使相位梯度估计值与多个相位梯度值加权和之差的平方和最小，等效于求解具有牛曼边界的泊松方程，这种方法本质是对误差进行平均， 特点是十分稳健，但效率不高。 

发明内容

本发明提出一种计算量小的多基线/多频段相位解缠的频域算法，该算法的基本思想是在频域范围内使相位梯度估计值与多个相位梯度值加权和之差的平方和最小。 

本发明技术方案的思路是：首先，针对各基线/各频段的干涉相位图，利用干涉相位图的干涉相位观测值计算在水平方向及垂直方向上的相位梯度值，并根据时域无旋条件计算相位梯度图边界上的相位梯度值。然后，对两个方向上的相位梯度值进行傅立叶变换得到相位梯度值的频域函数，在相位梯度估计值的频域函数与各基线/各频段相位梯度值的频域函数加权和之差的平方和最小约束条件下计算出满足无旋条件的傅立叶系数的近似值。其后，对计算得到的满足无旋条件的傅立叶系数近似值，进行傅立叶反变换，得到满足相位无旋条件的相位梯度估计值。最后，对得到的满足无旋条件的相位梯度估计值进行沿着任意路径的积分，从而得到相位解缠值。 

本发明技术方案是： 

假定通过多基线/多频段观测得到K幅干涉相位图，其中第k幅干涉相位图对应第k条基线/第k个频段，第k条基线/第k个频段对应的缠绕相位函数为： k=1,2,糑,;m=0,1,2,糓,-1;n=0,1,2,糔,-1，M和N分别表示干涉相位图的方位向和距离向点数。记第k幅干涉相位图的垂直有效基线为b_k（或记第k幅干涉相位图的波长为l_k），记第k幅干涉相位图与第一幅干涉相位图的垂直有效基线之比为a_k=b₁/b_k（或记第k幅干涉相位图与第一幅干涉相位图的波长之比为a_k=l_k/l₁）。利用上述的观测信息，完成以下步骤： 

第一步：干涉相位图的相位梯度值计算。 

本步骤对多基线/多频段干涉相位进行相位梯度值计算，同时根据相位的时域无旋条件计算相位梯度图边界上的相位梯度值。对每一幅干涉相位图进行下述计算： 

第（1）步，计算非边界上的相位梯度值。 

对第k幅干涉相位图，用下式计算在水平方向即x方向的相位梯度 在垂直方向即y方向的相位梯度 

上式中W{×}表示取相位主值运算。 

第（2）步：计算边界上的相位梯度值。 

第二步，傅立叶系数近似值计算。 

计算第k幅干涉相位图x方向相位梯度值的傅立叶变换系数 和y方向相位梯度值的傅立叶变换系数 计算公式为： 

其中，p=0,1,K,M-1;q=0,1，K,N-1。 

计算x方向相位梯度的傅立叶变换系数近似值 和y方向相位梯度的傅立叶变换系数近似值 计算公式为：