星载合成孔径雷达干涉测量处理技术研究
【摘要】：
合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是近二十年发展起来的一种先进的空间观测技术,论文以星载InSAR干涉成像技术为研究对象,在简单介绍InSAR技术发展历程、应用以及有关的InSAR成像原理基础上,对InSAR干涉成像处理流程中各个阶段做了系统地研究,并结合实例对其中关键处理技术包括SAR图像配准、干涉图滤波、干涉图相位解缠的原理和算法做了深入地分析和研究,利用真实ERS-1/2 SAR图像数据干涉测量生成相对数字高程图,利用ENVISAT ASAR图像数据生成同一地区的干涉相位图。
论文针对SAR图像配准过程中概略配准的必要性,依据地理坐标参数(经纬度)和SAR图像坐标之间的对应关系,提出了一种基于地理坐标参数的SAR图像自动概略配准法,拟合地理坐标和图像坐标之间的变化,实现概略配准,算法计算速度快,精度较高。在概略配准的基础上,分析了精确配准的各种方法和干涉相位的统计特性、估计及评价。
论文在分析了干涉图去平地效应原理与方法的同时,讨论了干涉图相位噪声特性和干涉图滤波方法,并利用小波分析的多分辨率特性和高频部分系数的方向特性,提出了一种基于小波变换的InSAR干涉图滤波方法,在对干涉图小波分解的基础上,对高频部分系数用对应方向的方向模板平滑处理后做中值滤波,使干涉图中的残差点数目大大减少,同时很好地保持了图像的边缘特征。
论文分析比较了相位解缠中的路径跟踪法和最小二乘法,针对相位解缠中相位噪声引起的误解缠问题,利用支持向量机强大的分类能力,提出了一种基于支持向量机的InSAR干涉图相位解缠法,根据像元的相位属性对像元分类,对不同类的像元用不同的方法解缠,算法尤其适合解缠具有统计特性的真实干涉图;利用Mumford-Shah提出的最小分割问题的“多层”实现模型,提出了一种基于多层Mumford-Shah模型的InSAR干涉图相位解缠方法,采用“水平集逐层迭代算法”对干涉图进行多层分割以间接确定不同质量特性的干涉图子连通区域,在此基础上从高质量区域向低质量区域对干涉图中像元逐步进行相位解缠,算法先隔开噪声密集的低质量区域,对干涉图进行解缠,提高了解缠的精度;利用枝切法中隔离残差点的思想,提出了一种基于最短距离优先原则的InSAR干涉图区域分割相位解缠法,采用全局性最短距离优先原则连接残差点,把干涉图分割为非残差区域和残差区域,分别用不同的方法解缠,在保证高质量的非残差区域快速准确解缠的同时,使更多的低质量区域像元准确解缠。
论文利用三组ERS-1/2串行的SAR图像数据对,进行干涉成像处理实验,并根据干涉处理中得到各组数据的不同特点,使用不同的干涉成像处理方法,成功地生成了相关系数图、干涉相位图和成像目标区域的相对数字高程图,从而进一步检验了论文给出方法的有效性。同时,利用由ENVISAT卫星ASAR对BAM地区地震前后成像得到的多幅SAR单视复图像数据,选用一组降轨图像数据和一组升轨图像数据分别做干涉成像处理,生成干涉相位图,可以进一步利用合成孔径雷达差分干涉测量技术和有关地震知识研究地震地表形变。
【关键词】：合成孔径雷达干涉测量 图像配准 相位解缠 数字高程图 小波变换 支持向量机 多层Mumford-Shah模型 最短距离优先原则 【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TN958
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2008.030411
【目录】：
- 摘要5-7
- Abstract7-12
- 第1章 绪论12-22
- 1.1 引言12
- 1.2 InSAR 测量模式12-14
- 1.3 InSAR 发展历程14-18
- 1.4 InSAR 技术的应用18-19
- 1.5 论文的主要研究内容及结构安排19-22
- 第2章 InSAR 成像原理22-32
- 2.1 引言22
- 2.2 SAR 成像原理22-25
- 2.3 InSAR 基本原理25-28
- 2.3.1 InSAR 成像几何原理25-26
- 2.3.2 InSAR 数据处理流程26-28
- 2.4 D-InSAR 差分干涉测量技术28-30
- 2.4.1 D-InSAR 成像原理28-29
- 2.4.2 D-InSAR 数据处理流程29-30
- 2.5 PS InSAR 技术30-31
- 2.6 小结31-32
- 第3章 星载SAR 图像配准32-51
- 3.1 引言32
- 3.2 基于地理坐标参数的SAR 图像自动概略配准方法32-38
- 3.2.1 地理坐标定位33-34
- 3.2.2 基于地理坐标参数的 SAR 图像自动概略配准34-36
- 3.2.3 实验结果与分析36-38
- 3.3 精确配准38-41
- 3.3.1 最大相关系数法38-39
- 3.3.2 最大谱法39
- 3.3.3 最小平均波动函数法39
- 3.3.4 配准实现过程39-41
- 3.4 干涉图生成41-48
- 3.4.1 SAR 图像重采样41-43
- 3.4.2 干涉相位统计特性43-45
- 3.4.3 干涉相位估计45-46
- 3.4.4 干涉图相位质量评价46-48
- 3.5 实验结果与分析48-50
- 3.6 小结50-51
- 第4章 干涉图去平地效应及降噪滤波51-70
- 4.1 引言51
- 4.2 去平地效应方法51-55
- 4.2.1 平地效应原理51-52
- 4.2.2 去平地效应的方法52-53
- 4.2.3 实验结果与分析53-55
- 4.3 干涉图降噪滤波原理和方法55-60
- 4.3.1 干涉图相位噪声分析55-58
- 4.3.2 干涉图滤波方法58-59
- 4.3.3 实验结果与分析59-60
- 4.4 基于小波变换的InSAR 干涉图滤波算法60-69
- 4.4.1 图像的小波变换理论61-64
- 4.4.2 基于小波变换方向特性的干涉图滤波64-68
- 4.4.3 实验结果与分析68-69
- 4.5 小结69-70
- 第5章 干涉图相位解缠70-103
- 5.1 引言70-72
- 5.2 相位解缠方法72-79
- 5.2.1 路径跟踪相位解缠法72-74
- 5.2.2 最小二乘相位解缠法74-77
- 5.2.3 实验结果与分析77-79
- 5.3 基于支持向量机的相位解缠法79-87
- 5.3.1 支持向量机分类的基本原理80-82
- 5.3.2 基于支持向量机的相位解缠82-85
- 5.3.3 实验结果与分析85-87
- 5.4 基于多层Mumford-Shah 模型的相位解缠法87-96
- 5.4.1 多层Mumford-Shah 模型88-92
- 5.4.2 基于多层Mumford-Shah 模型的相位解缠92-93
- 5.4.3 实验结果与分析93-96
- 5.5 基于SDFP 的区域分割相位解缠法96-101
- 5.5.1 基于SDFP 的区域分割96-99
- 5.5.2 区域增长策略用于残差区域相位解缠99
- 5.5.3 实验结果与分析99-101
- 5.6 小结101-103
- 第6章 星载SAR 干涉成像实验103-132
- 6.1 引言103
- 6.2 ERS-1/2 成像参数和数据格式103-121
- 6.2.1 ERS-1/2 成像参数介绍103-104
- 6.2.2 ERS SAR 的SLC 图像数据格式104-105
- 6.2.3 喀什地区的InSAR 成像实验105-110
- 6.2.4 乌鲁木齐地区的 InSAR 成像实验110-115
- 6.2.5 三峡地区的InSAR 成像实验115-121
- 6.3 ENVISAT 星载干涉数据成像实验121-131
- 6.3.1 ENVISAT 成像参数介绍121-122
- 6.3.2 ENVISAT ASAR 数据产品122-123
- 6.3.3 伊朗BAM 地区的InSAR 成像实验123-131
- 6.4 小结131-132
- 结束语132-135
- 参考文献135-142
- 致谢142-143
- 附录 A 攻读学位论文期间所发表的学术论文目录143-144
- 附录 B 攻读学位期间参加的科研项目目录144
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