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专利名称：高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法
技术领域：
本发明属于干涉合成孔径雷达信号处理技术领域，特别是涉及一种高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法。
背景技术：
安装在卫星上的干涉合成孔径雷达(InSAR)是一种用于获取地面数字高程图(DEM)的重要遥感装置。InSAR技术中的三大关键处理步骤是SAR图像配准、干涉相位估计(干涉相位噪声滤波)和相位展开。若图像配准的精度 较差，将使后面的相位展开难以获得令人满意的结果。因为传统的相位展开方法，例如枝切法、区域增长法和LS算法的性能受图像配准精度的影响很大，都要求图像配准的精度必须达到1/10 1/100个分辨单元，否则将会严重影响相位展开的性能。然而，对于相干性较低和不同几何形变的两幅图像，精确配准就会存在困难。因此，研究对图像配准误差具有强稳健的干涉相位估计方法，具有重要的实用价值。传统的单基线InSAR系统受干涉相位模糊和高程层叠(layover)等因素的影响十分严重，因此大大限制了该系统对高复杂地形(包含大斜坡和不连续区域，例如山谷、悬崖等)的高精度测绘能力。在单基线相位解缠算法中，比较典型的两类算法是最小范数法(如LS算法)和路径跟踪法(即基于路径的积分法，如Goldstein枝切法、质量指导的路径跟踪法、Mask-cut法和区域生长法)。但这些算法都受单基线InSAR系统固有缺点即相位解缠绕的可靠性和高程测量精度不能兼顾的影响。多基线InSAR系统的一个最大优点就是可以充分利用其长短基线获取的信息来大大提高相位解缠绕的可靠性(短基线的优点)而不会降低高程测量精度(长基线的优点)。探索利用多基线InSAR系统来提高相位解缠绕(即多基线相位解缠绕)的可靠性和获取高质量的DEM，已经成为一个热点领域。因此多基线系统更具吸引力，是未来发展的趋势。多基线系统能够充分利用其长短基线获取的信息来解决单基线InSAR系统所不能解决的高程层叠(layover)问题。Gini和Montanari首次用传统非参数谱估计方法(波束形成)来解决layover问题，但缺点是受众所周知的分辨率和旁瓣问题的影响。为了得到更好的分辨率，可用Capon滤波器，并且用RELAX (relaxation)算法和MUSIC(multiplesignal classification)算法用于估计 layover 中的绝对干涉相位。但是上述方法都要求图像配准的精度达到1/10 1/100个分辨单元，否则会严重影响绝对干涉相位的估计结果，从而影响地形高程测量精度。然而，对于没有明显地貌特征的SAR图像，精确配准会存在困难。

发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法。为了达到上述目的，本发明提供的高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法包括按顺序进行的下列步骤I)对合成孔径雷达(SAR)图像进行粗配准，以构造观测矢量；2)确定存在配准误差时的协方差矩阵和真实导向矢量；3)用估计的协方差矩阵和真实导向矢量进行波束扫描，估计绝对干涉相位。在步骤I)中，所述的构造观测矢量方法是用传统的相关法以SAR主图像S1作为参考，对副图像I进行粗配准得到SAR粗配准图像S2，对副图像2进行粗配准得到SAR粗配准图像S3，利用SAR主图像Sl、SAR粗配准图像82和SAR粗配准图像S3构造观测矢量。对于SAR主图像S1中的一个像素i，则构造出的观测矢量可以表示为
js(i) = [S1Q), S2 (i-3) , s2(i_2), S2 (i), S2 (i + 1) , s3(i_l), s3(i) , s3(i+2),s3(i+3)]T在步骤2)中，所述的确定存在配准误差时的协方差矩阵和真实导向矢量的方法是a.利用步骤I)中得到的观测矢量，估计其协方差矩阵Cjs⑴，可表示为Cjs (i) = E{js(i) jsH(i)}= E {[S1 ⑴，S2 (i-3), S2 (i_2), S2 ⑴，S2 (i+1), S3 (i_l)，S3 ⑴，S3 (i+2), S3 (i+3)]tLs1 (i), s2 (i-3), s2 (i-2), s2(i), s2(i+l), s3(i_l), s3(i), s3(i+2), s3(i+3)]*}b.对于像素i存在配准误差时的真实导向矢量β (Φη ) (η = 1,2,, Ns, Ns表示layover的个数，假设Ns = 2)，可表示为
权利要求
1.一种高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法，其特征在于所述的绝对干涉相位估计方法包括按顺序进行的下列步骤 1)对合成孔径雷达图像进行粗配准，以构造观测矢量； 2)确定存在配准误差时的协方差矩阵和真实导向矢量； 3)用估计的协方差矩阵和真实导向矢量进行波束扫描，估计绝对干涉相位。
2.根据权利要求I所述的高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法，其特征在于在步骤I)中，所述的构造观测矢量方法是 用传统的相关法以SAR主图像S1作为参考，对副图像I进行粗配准得到SAR粗配准图像S2，对副图像2进行粗配准得到SAR粗配准图像s3，利用SAR主图像Sl、SAR粗配准图像S2和SAR粗配准图像S3构造观测矢量；对于SAR主图像S1中的一个像素i，则构造出的观测矢量表示为
3.根据权利要求I所述的高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法，其特征在于在步骤2)中，所述的确定存在配准误差时的协方差矩阵和真实导向矢量的方法是 a.利用步骤I)中得到的观测矢量，估计其协方差矩阵C>(i)，表示为
4.根据权利要求I所述的高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法，其特征在于在步骤3)中，用估计的协方差矩阵和真实导向矢量进行波束扫描的过程如下 a.以O.Ol弧度为步长，将Φη (η = 1，2，...，NS)在[-JI，Ji]范围内的每一个取值代入代价函数J= M(Ctni)Cjs⑴β (Φη ) (n= 1，2，...，NS)中，分别计算其结果； 其中，
全文摘要
本发明公开了一种高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法。包括1)对合成孔径雷达(SAR)图像进行粗配准，以构造观测矢量；2)确定存在配准误差时的协方差矩阵和真实导向矢量；3)用估计的协方差矩阵和真实导向矢量进行波束扫描，估计绝对干涉相位。本发明提供的高程层叠情况下稳健的绝对干涉相位估计方法具有以下优点构造真实导向矢量时，利用了多基线系统；且能够同时完成图像配准、干涉相位噪声滤波和绝对干涉相位估计，而且可以在SAR图像配准精度很差(可以允许达到一个分辨单元)的条件下得到稳健的绝对干涉相位估计结果。
文档编号G01S13/90GK102967860SQ20121039303
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者李海, 吴仁彪, 郑景忠 申请人:中国民航大学