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干涉合成孔径雷达成像技术研究

穆冬  
【摘要】: 干涉合成孔径雷达(InSAR)是在合成孔径雷达(SAR)基础上,雷达成像技术 的新发展。InSAR继承了SAR的全天候、大范围、有一定穿透能力等优点,能 生成对目标地面三维地貌的高精度成像、能对目标地面的慢速动目标和地壳微 小移动做高精度检测。因其在军事、国民经济建设和科学研究中,有着极其广 泛的应用领域,对InSAR技术的研究,在国内外受到高度重视。 InSAR的概念由L.C.Graham于1974年首次提出。由于其对雷达技术和成 像数据要求很高,在此后的十余年中发展较迟缓。九十年代后各天载SAR系统 得到的大量InSAR可用数据,使其成为雷达和遥感技术中最活跃的研究领域之 一。目前,InSAR成像技术仍在高速发展中。 本文研究的是InSAR数字高度地图技术中,雷达数据的成像处理问题。研 究以SIR-C/X-SAR的X-SAR得出的双航过原始数据为对象,以最终实现数字 高度地图为目标。研究的主要内容包括:成像的原理、完整的数据处理过程、 和过程的各组成环节的理论和实现的具体方法。研究和掌握理论、给出切实有 效可行的实现方法,是整个文章的重心。笔者重视对原理和概念的阐述,力求 简单准确。在研究中笔者提出了一些新的观点和方法,文中包含了对这些内容 的阐述。它们主要有: ①、将相位差与高度直接联系在一起的一种对InSAR成像原理的描述。 ②、对极限基线的新理解和极限基线表达式的简单推导方法。 ③、一种新的基于近距边斜距估计的SAR成像的聚焦方法。 ④、以点频回波为出发点的距离向预滤波的新解释。 ⑤、一种更适合于InSAR的相干性指标。 ⑥、一种改进的高精度亚像素配准方法。 ⑦、对二维干涉相位条纹的加权圆周期均值和鲁棒化加权降噪滤波。 ⑧、用二阶差分影响相位展开的一种非线性最小二乘二维相位展开方法。 ⑨、基于入射角差别的相位值与地面高度值之间关系的推导。 文章的章节顺序基本上按照成像处理的过程安排。 第一章首先说明了InSAR成像的本质,成像方式和成像的分类,成像与遥 感的关系,优点和应用领域。然后对InSAR技术的历史和发展做了回顾,对InSAR 技术的国内外现状进行了综述,并对发展的趋势做了估计。 第二章研究的是InSAR成像的数学原理、影响质量的主要因素和数据处理 的实现过程。首先给出了对InSAR成像数学原理的描述。包括最初的描述、被 引用最多的描述和笔者提出的一种新描述。然后对基线和相干性这两个影响 InSAR质量的最主要因素进行了说明。最后给出了数据处理的完整过程,扼要 穆冬 于涉合成孔径雷达成像技术研究2001.2 地说明了过程中各环节的目的和作用。 第三章介绍了研究所用的真实原始数据和参数。包括SIRC/X-SAR项目的 情况,我们所用的数据涉及的各种参数及说明,原始数据的格式等。 第四章给出的是我们在对各航过原始数据,进行SAR单视成像中所考虑的 问题和使用的方法。主要有成像算法的选择,多普勒参数估计,以及我们所采 用的聚焦方法,完整的成像过程及组成环节。最后给出了真实数据的单视复数 SAR成像结果。 第五章研究的是预滤波问题。首先指出了问题的成因,该问题对相于性的 影响,以及预滤波的目的。然后从点频的回波人手,得出了入射角与预滤波参 数之间的关系,讨论了基线对相干性的影响。最后分别给出了距离向和方位向 预滤波的实现方法,用实验结果证明了预滤波的有效和必要。 第六章研究的是图对的配准问题。首先说明了问题的来源、目的和意义、 实现配准的困难所在,简述了象素配准方法,详细介绍了一种亚象素配准的方 法。然后给出了我们对原方法的改进,并对比了改进前后的处理结果。最后, 对比了真实数据下亚象素配准前后相干系数的变化。此外,我们将自己提出的 一种新的更适用于d AR的相干性指标也在这一章做了阐述。 第七章研究了两个问题。一是从复图对中得出反映高度的相差信号。其中 要用到水乎地面的相差,因此要进行参数估计。文中详细说明了估计方法,给 出了估计结果。二是对相差条纹的降噪滤波。文中首先说明了问题的来源和解 决的困难所在。然后分别讨论了已有的圆周期均值和中值滤波法,进而给出了 我们提出的加权圆周期均值和鲁棒加权滤波法。最后对比了各种方法的结果。 论文第八章研究了二维相位的展开,榔高转换,和地面位置校正问题。首 先给出了相位展开问题的来源,从一维相位展开问题入手,指出二维相位展开 的困难所在。简述了对二维相位展开问题的多种解决方法,并对残点对消法和


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