[发明专利]一种InSAR多基线相位解缠方法

说明书

本发明公开了一种InSAR多基线相位解缠方法，属于干涉合成孔径雷达技术领域。本发明提出使用2范数约束建立相位梯度模糊度的优化模型，将求解问题转换为一个混合整数二次规划问题；改进了马尔可夫随机场模型的能量函数表达形式，使得模型转换为一个二次规划问题以简化求解过程。通过本发明提出的方法，可以有效提高InSAR多基线相位解缠的执行效率和求解精度，求解结果具有确定性和唯一性特点，并且在给定精度下执行时间可控。

技术领域

本发明涉及到干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic ApertureRadar，InSAR)技术领域，特别是指一种InSAR多基线相位解缠方法。

背景技术

InSAR处理能够提取地面高精度、大范围的数字表面模型(Digital SurfaceModel，DSM)，在测绘应用中具有不可替代的作用。相位解缠是InSAR处理的关键核心步骤，由于通过InSAR数据获取的干涉相位是缠绕的，即在-π到π之间，因此必须进行相位解缠操作将相位恢复至绝对相位，才能进行后续的地面高程反演等处理。

相位解缠可分为单基线相位解缠技术与多基线相位解缠技术。单基线相位解缠技术通过一幅干涉图进行相位解缠，主要有基于路径跟踪的相位解缠方法、基于范数优化的相位解缠方法、基于统计的相位解缠方法、基于网络规划的相位解缠方法。基于路径跟踪的相位解缠方法采用枝切线连接相位残差点，使得正负残差点达到平衡，然后避开枝切线对相位进行积分得到解缠相位，该方法容易产生相位孤岛；基于范数优化的相位解缠方法建立了解缠相位梯度与缠绕相位梯度之差的范数(比如0范数、1范数、2范数)最小化目标函数，通过求解优化目标获得相位梯度，进行积分得到解缠相位；基于统计的相位解缠方法依据干涉相位的统计信息恢复绝对相位，往往同时进行相位解缠与滤波处理，容易造成误差的全局扩散问题；基于网络规划的相位解缠方法将残差最小化问题转化为网络费用流的最小化问题，利用最小费用流网络规划算法进行相位解缠，是目前最有效的单基线相位解缠方法，然而，单基线相位解缠技术有一个共同的不足，即使用了相位连续性假设，造成了山地、丘陵等区域地形起伏较大区域的相位解缠比较困难，这些存在相位跳变的地方难以正确识别其相位梯度，造成解缠错误。

多基线相位解缠技术通过多幅干涉图进行相位解缠，利用不同长短基线对应的干涉图组合处理，可以对相位跳变部分的梯度进行正确估计，提升相位解缠精度。多基线相位解缠技术分为两步规划，第一步建立基线大小、相位模糊度与相位梯度之间的关系，利用中国余数定理估计出相位梯度，第二步建立解缠相位与缠绕解缠在梯度约束下的最小化准则，求解目标函数得到解缠相位。但当前多基线相位解缠技术仍然存在算法执行效率低、易受噪声干扰等问题。

发明内容

针对当前InSAR多基线相位解缠技术的局限性，本发明提出一种InSAR多基线相位解缠方法，该方法使用混合整数二次规划(Mixed Integer Quadratic Programming，MIQP)提升梯度估计的执行效率、使用马尔可夫随机场(Markov Random Field，MRF)模型提升相位解缠方法的抗噪声能力，从而实现InSAR多基线解缠计算效率和计算精度的提升。

本发明采用的技术方案为：

一种InSAR多基线相位解缠方法，包括以下步骤：

(1)输入n幅干涉图以及对应的垂直基线B₁,B₂,…,B_n，利用不同干涉图之间的干涉相位、模糊度、垂直基线和地形高度之间的关系，建立相位梯度模糊度的2范数优化模型目标函数f；

(2)将目标函数f转换为一个标准二次型的表达形式，使用混合整数二次规划求解目标函数，得到相位梯度模糊度k₁,k₂,...,k_n；