DEM辅助去斜处理的层析SAR建筑物点云重构研究

【摘要】：干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术可以获取地面高程模型信息以及大范围长时间的地表形变信息,被广泛应用于地表沉降监测、滑坡监测等各个领域。但由于合成孔径雷达侧视成像特点,使得城市区域合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像叠掩现象严重,极大阻碍了该技术在城市区域的信息监测应用。而多基线层析合成孔径雷达(Tomographic Synthetic Aperture Radar,TomoSAR)成像技术的提出恰恰可以突破这个限制,实现高程向分辨能力,有效辨别叠掩区域中同一分辨单元内不同高度的地面目标,获取城市三维甚至多维信息。随着目前以及未来高分辨率雷达影像数据的不断丰富,层析SAR成像技术在大范围城市基础设施监测、城市安全管理等领域展现出巨大的应用潜力。层析SAR成像技术通过在高程向上形成一个合成孔径,来实现高程向的分辨能力。其基本处理过程包括单视复图像配准、去斜、相位误差补偿及高程向成像等主要环节。其中,多基线SAR数据主要由星载SAR系统重复轨道获取,因此固有的大气相位影响及时序SAR数据配准等预处理环节的精度,对后续层析SAR三维成像效果至关重要。本文针对层析SAR三维成像预处理环节,重点研究去斜处理算法,提出了一种DEM辅助去斜处理方法,并应用于城市建筑物层析SAR三维点云重构实验。论文首先介绍了多基线干涉SAR基本理论,包括干涉SAR的基本理论以及层析SAR成像基本理论,详细推导了层析SAR成像数学模型,并简要介绍了层析SAR技术成像处理的基本流程。然后重点研究了层析SAR去斜处理方法,主要包括斜距去斜法和DEM辅助去斜法两种。对本文提出的DEM辅助去斜法,研究了具体的技术处理流程,指出其中关键的问题是DEM和SAR影像的配准,以便建立距离向、方位向与高程的精确联系。最后将以上方法应用于单体建筑物层析SAR三维成像实验中。实验采用28景北京地区TerraSAR影像数据,三栋标志性建筑物,分别采用两种去斜方法进行层析SAR预处理和三维成像处理。最后对实验结果进行了对比分析并基于Lidar地面激光点云数据进行了精度分析。实验结果表明了该方法的有效性,可以为多基线层析SAR数据处理方法提供一定的参考。