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非平稳运动平台高分辨InSAR数据处理技术研究

侯英龙  
【摘要】:干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar)是大面积快速精确获取三维地形信息的重要手段。为适应快速响应需求和大型星载平台项目系统设计及算法验证的需要,搭载在飞机和汽车等非平稳运动平台上的InSAR系统在现代雷达技术的研究和发展中得到了越来越广泛地重视。这类平台上的InSAR系统响应迅速、机动性强且成本控制合理,但是数据录取过程中的非平稳运动给InSAR数据处理带来了新的挑战。本文针对非平稳运动平台InSAR系统,结合InSAR技术高分辨率的发展趋势,对InSAR数据处理技术进行研究,并根据工程化处理的需求,研究了InSAR数据处理的并行加速处理技术。具体的工作包括以下内容:1.研究了非平稳运动平台高分辨InSAR成像处理及其运动补偿方法。根据大量实测数据处理的经验,详细说明了现有实测处理数中使用POS数据确定实际航迹和“理想”航迹的方法,给出了如何计算干涉处理需要的参考航迹参数信息和完整的非平稳运动平台高分辨InSAR成像处理流程。2.通过对大量实测车载SAR/InSAR数据的处理和分析,总结了车载InSAR数据处理的实际问题,分析了车载SAR/InSAR系统对山观测时的数据录取几何,并在此基础上详细给出了基于先验地形信息获取车载SAR/InSAR运动补偿参数的方法,对实测数据的处理结果验证了给出的斜距差计算方法和InSAR成像处理流程。3.针对机载单航过InSAR系统,特别是“一发双收”干涉模式,研究了成像处理过程中运动补偿需要的斜距差的获取方法,根据给出的斜距差计算方法和成像处理流程对机载实测数据进行了处理,获得了良好的聚焦效果并能够将基线补偿为恒定矢量,提取的干涉条纹表明了此处理流程获得的单视复SAR图像对可以满足后续干涉处理的要求。4.在研究了InSAR干涉处理关键处理步骤及其典型算法的基础上,分析了非平稳运动平台高分辨InSAR干涉处理需要考虑的新问题,给出了非平稳运动平台高分辨InSAR干涉处理的流程。针对传统逐点InSAR定位处理速度慢的问题,提出了一种基于递推公式的InSAR定位新方法。最后对实测的机载和车载高分辨率InSAR数据进行了干涉处理,验证了给出的处理流程在工程实践中的可靠性,得到了细节信息清晰的原始DEM。5.针对雷达分辨率提升等因素造成的InSAR数据量增大、数据处理时间显著增加的问题,研究了加速InSAR数据处理的并行处理方法,使用OpenMP技术实现了多核CPU多线程处理,使用CUDA技术实现了CPU+GPU并行处理,两种并行计算加速处理手段在InSAR成像等处理步骤中都得到了较高的处理时间加速比,对于工程应用具有重要意义。


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