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复杂运动下的高精度InSAR动基线研究

郝伟  
【摘要】:在干涉合成孔径雷达(InSAR)成像技术中,基线精度是影响高程反演精度的主要因素之一。由于飞机运动平台不稳定,气流等因素的影响,飞机姿态及航线会产生变化,导致等效基线在平台运动过程中是时变的。在传统InSAR处理中未考虑该问题,而是利用一个固定的基线参数实现高程反演,必然导致高程反演精度大大下降。而在复杂运动(航迹变化与飞机姿态抖动)下,传统RD算法无法解决等效基线变化问题,而后向投影算法(Back projection,BP)不仅保相精度高,而且为获得精确的等效基线提供了可能。本文将BP算法引入InSAR成像中,深入开展了动基线补偿方法研究,为实现高精度高程反演提供了技术支持。主要工作及创新点如下: 1.本文介绍了InSAR测量技术原理,根据InSAR几何结构,分析了干涉相位、目标高程及基线之间的对应关系。引入了动基线概念,分析了影响InSAR等效基线的主要因素。 2.针对刚性动基线,本文提出了一种基于BP的刚性动基线补偿方法。首先分析了InSAR成像时,传统RD算法所固有的误差,并分析了基线时变情况下传统RD算法的缺陷,在此基础上引入了BP算法,提出了基于BP的刚性动基线补偿方法。分析对比了基线时变时的干涉相位与理想(参考)干涉相位的差异,得到相位补偿因子。参考主天线运动轨迹,通过相位补偿因子补偿辅天线运动轨迹,使主、辅天线运动轨迹一致,消除了基线的时变性,得到含有平地信息的干涉相位,可利用精确的高程反演公式反演目标高程。最后通过仿真实验,对比分析了理想干涉相位与动基线补偿后的干涉相位,验证了该补偿方法的有效性。 3.提出了一种高精度的基于BP的动基线补偿方法。分别参考主、辅天线运动轨迹进行成像,通过分析证明了此补偿方法消除了基线的时变性。并通过分析干涉相位,发现其不仅消除了基线的时变性,还去除了平地效应,降低了相位解缠难度。最后通过仿真实验,在点目标情况下,对比了两种补偿方法的精度。 4.针对柔性动基线,提出了一种基于BP的柔性动基线补偿方法。结合柔性动基线的特点,分析发现第一种基线补偿方法已失效,而将高精度的基于BP的动基线处理方法的思想与柔性动基线特点相结合后,提出了一种基于BP的柔性动基线补偿方法。在柔性动基线下,消除了基线的时变性,并去除了平地效应。最后通过仿真实验,对比分析了理想干涉相位与柔性动基线补偿后的干涉相位,验证了该补偿方法的有效性。 5.最后本文总结归纳了InSAR处理过程中不同阶段图像的客观评价指标,研究了相关性、信噪比、残差点、相位解缠精度在不同InSAR处理阶段的应用,并通过评价指标对比了上述两种补偿方法的精度。


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