[发明专利]一种基于后向投影的InSAR成像去平地一体化方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及合成孔径雷达（SAR）成像技术领域。

背景技术

合成孔径雷达（SAR）是一种高分辨率的微波成像系统。合成孔径雷达利用大时宽带宽信号实现距离向高分辨率，依靠雷达和目标之间的相对运动来合成虚拟阵列获取方位向高分辨率，可以对照射场景进行二维成像。合成孔径雷达干涉测量（InSAR）是一般SAR功能的延伸和扩展，是利用两个或者多个位置不同的天线观测同一个目标场景，根据目标到不同天线的斜距差获得测量数据的干涉相位，再通过平台与地面观测场景的几何关系反演出地面场景的数字高程信息的技术。由于具有全天时、全天候的特点，InSAR已经成为当前提取大面积地表三维图像和地形高程变化信息的一项重要遥感技术，在地形测绘、自然灾害监测和自然资源调查等领域发挥越来越大的作用。

高保相的干涉相位是InSAR获取高精度地形数字高程模型（简称DEM）的基础，随着高程测量精度的不断提高，InSAR数据处理对干涉相位保相精度的要求也越来越高。传统的InSAR单视成像处理通常采用距离多普勒（简称RD）和变尺度（简称CS）等频域算法获取单视复图像，这些成像算法由于基于参考点成像，同时对平台运动轨迹作了近似直线处理，降低了InSAR成像精度和干涉相位保持精度。另一方面，传统的InSAR数据处理需要在进行单视成像处理以后，进行去平地效应操作，通常是采用基于轨道参数等先验信息或基于离散傅里叶变换频移的去平地效应方法，这些方法均会引入相位误差，同时增加了InSAR数据处理的复杂度。

反向投影（简称BP）算法是一种基于时域相干处理的成像算法，其基本思想是通过计算成像区域内每一采样点到合成孔径长度内雷达天线相位中心之间的双程时延，然后将对应的时域回波信号进行相干累加，从而恢复出每个采样点的散射系数信息。后向投影算法不基于参考点成像，能够实现每个采样点的精确聚焦，同时后向投影算法的雷达天线相位中心物理意义清晰，能够精确计算每个方位时刻的回波延时相位，补偿平台抖动引入的相位误差，将其应用于InSAR单视成像处理，能够显著地提高干涉相位的保相精度，提高干涉相位质量。此外，通过在后向投影算法方位聚焦时，主天线补偿主天线的多普勒相位因子，副天线补偿副天线的多普勒相位因子，即主、副天线分别单独进行后向投影成像，得到主、副复图像，然后提取的干涉相位不需要进行去平地效应，即主、副复图像提取的干涉相位只包含地形高程信息，没有平地相位。

发明内容

为了得到高保相的去除平地效应的InSAR干涉相位，本发明提出了一种基于后向投影的InSAR成像方法，该方法实现在反向投影（BP）成像的同时实现去除平地效应，提高了InSAR成像精度和干涉相位保持精度，最后提取的干涉相位只包含地形高程信息，简化了InSAR数据处理流程。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、合成孔径雷达干涉测量（简称InSAR）

合成孔径雷达干涉测量（InSAR）指利用两个或者两个以上的SAR数据中的相位信息进行相干处理，结合雷达参数和雷达几何位置信息反演地表三维及其变化信息的遥感技术，详见文献“合成孔径雷达成像原理”，皮亦鸣等编著，电子科技大学出版社出版。

定义2、数字高程模型（简称DEM）

数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是指利用一组有序数值阵列形式表示地表或地面高程的一种实体地面模型。本发明中DEM表示成一系列地面点的平面坐标X、Y和高程坐标Z组成的数据阵列。对于一个地面区域D，地形DEM表示为

DEM={D_i |(x_i,y_i,z_i),i∈D}

其中(x_i,y_i)是第i个地面像素点对应的平面坐标，z_i是对应的高程坐标。

定义3、雷达成像空间

雷达成像空间是指将场景空间中的散射点投影到距离向－方位向－高度向的三维空间坐标系，该空间由合成孔径雷达成像空间中的三个相互正交的坐标基确定。目前典型的合成孔径雷达成像空间包括距离向－方位向－高度向投影空间。本发明中用以下数学关系表示成像空间M：