[发明专利]一种基于质量图加权的多基线最小二乘相位解缠方法

说明书

本发明公开了一种基于质量图加权的多基线最小二乘相位解缠方法，该方法首先计算多基线InSAR缠绕相位的一阶相位梯度主值，并将其镜像对称延拓，计算二阶相位梯度，然后利用质量图判断缠绕相位质量，将其作为先验信息对缠绕相位中的残差点进行相位补偿，并基于质量图对缠绕相位的二阶相位梯度进行优化加权，最后进行多基线最小二乘相位解缠，得到解缠相位，该方法通过多基线测量丰富目标场景的干涉相位信息，避免了传统单基线最小二乘相位解缠算法中的残差点相位误差传递问题，提高了相位解缠精度。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及干涉合成孔径雷达(InterferometricSynthetic Aperture Radar，InSAR)高程测绘中相位解缠技术领域。

背景技术

干涉合成孔径雷达(InSAR)技术发展于20世纪70年代初，它将无线电干涉测量技术和SAR成像技术相结合，能够对大面积地形进行全天时、全天候的干涉测量，在获取二维SAR图像的同时，能够利用SAR图像的相位信息提取地表的三维信息。InSAR的工作原理是通过两副天线同时观测或单天线不同航过观测，获取地面同一场景的SAR图像对，提取SAR图像干涉相位信息，再结合成像场景的几何关系反演出数字高程模型(Digital ElevationModel，DEM)，从而实现高精度三维地形测绘，广泛应用于自然灾害监测、地形测绘和自然资源调查等领域。多基线InSAR(multi-baseline InSAR)技术是单基线InSAR技术的扩展，在一定程度上能够克服单基线InSAR系统测高精度与相位解缠难度不可兼顾的矛盾。采用多基线InSAR测量技术融合多幅干涉图像能很好地识别实际地形中起伏较大的区域，因而研究多基线InSAR系统理论和技术在高精度三维信息获取领域日趋重要。详见文献“机载干涉合成孔径雷达数据处理技术”，丁赤飚等编著，科学出版社。

相位解缠(Phase Unwrapping，PU)是指将缠绕相位恢复为与地形高程相对应的真实相位的过程，是InSAR数据处理流程中至关重要的步骤。两幅SAR图像共轭相乘得到干涉相位被缠绕在[-π,π)区间内，与其真实相位相差2π的整数倍，相位解缠是获取数字高程信息的主要误差来源，直接关系到高程信息提取的精度。基于快速傅里叶变换(FFT)的最小二乘相位解缠算法是一种全局最优算法，能得到最小二乘意义下的最优解，是目前实际应用中常见的相位解缠方法，其基本思想是原始场景的真实相位的相邻像素点的相位梯度的相位主值与从回波数据得到的缠绕相位相邻像素点的相位梯度的相位主值相同。详见文献“Zhang Z,Guo Z.Study on the unweighted least-squares phase unwrappingalgorithm[J].Proceedings of SPIE-The International Society for OpticalEngineering,2010,7848(1):30-36.”。

面对单基线InSAR系统存在的叠掩、阴影等效应，以及起伏地形导致的相位解缠精度低的问题，需要对传统的相位解缠算法进行改进，多基线InSAR相位解缠技术是单基线InSAR相位解缠技术的扩展，研究多基线InSAR相位解缠算法，结合视角不同的多个干涉相位信息进行联合处理，能有效拓展多基线InSAR系统的不模糊高程范围，提高起伏地形场景下相位解缠的精度，对多基线InSAR获取高精度三维信息具有重要应用价值。

发明内容

本发明公开了一种基于质量图加权的多基线最小二乘相位解缠方法，该方法首先计算多基线InSAR缠绕相位的一阶相位梯度主值，并将其镜像对称延拓，计算二阶相位梯度，然后利用质量图判断缠绕相位质量，将其作为先验信息对缠绕相位中的残差点进行相位补偿，并基于质量图对缠绕相位的二阶相位梯度进行优化加权，最后进行多基线最小二乘相位解缠，得到解缠相位，该方法通过多基线测量丰富目标场景的干涉相位信息，避免了传统单基线最小二乘相位解缠算法中的残差点相位误差传递问题，提高了相位解缠精度。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、干涉合成孔径雷达(InSAR)