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干涉合成孔径雷达信号处理技术研究

武楠  
【摘要】: 当今,干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar),英文缩写为InSAR或IFSAR,已被人们公认为是在全天候条件下获得大测绘带地表高度和监测地表形变信息的强大手段。传统合成孔径雷达(SAR)系统只能测量目标在飞行轨道方向(Along-track方向)和由SAR系统到目标的距离方向(Cross-track方向)上的二维坐标系内的散射强度信息。而干涉SAR在SAR的基础之上,通过在不同轨道或不同时间对同一地区进行多次观测来获得多幅SAR图像,再根据干涉成像几何关系和SAR图像对应像素点之间的绝对相位差所反映的距离差来重建地形高度图或地表形变图。 本论文主要实现星载干涉SAR在重复轨道干涉测量模式下测量地形高度的信号处理流程,重点研究干涉SAR信号处理中的关键技术,如:图像配准、相位滤波和相位展开技术。具体工作概括如下: (1)图像配准。本论文在实现X-SAR星载重轨双飞数据的配准过程中,首先利用互相关算法实现主副图像的粗配准,然后利用基于最大谱测度的点投影方法,并交换主副图像重复验证控制点对配准精度,最终完成主副图像亚像素级的精配准。 (2)相位滤波。本论文介绍一种局部干涉条纹自适应的窗形滤波器,该滤波器通过局部频率估计值定位滤波方向窗,从而更有效地减小相位噪声,另外采用Lee自适应复数滤波器的基本形式,还能够合理地避免图像分辨率的损失。 (3)相位展开问题。本论文介绍我们提出的几种有效的相位展开方法:①基于枝切法和有限元法的合成相位展开方法,结合全局法和局部法的优势:在较高质量区域枝切法恢复出的展开相位要比最小二乘法精确,而在较低质量区域最小二乘法的稳健性要好于枝切法;②基于有限元法和局部频率估计的相位展开方法,用局部频率估计值(的2π倍)代替缠绕相位梯度可以减小对展开相位梯度的有偏估计,同时有限元方法最大的优点在于可以求解的区域不一定为矩形,而可以是具有任意不规则形状的区域;③基于局部频率估计的区域生长相位展开方法,利用最大似然频率估计方法估计出的局部频率和已展开的相位共同线性预测出局部区域中心点的展开相位,整体上采用区域生长策略,在质量图的引导下按照从高质量区域到低质量区域的顺序进行积分,可以有效地减小误差传递;④超大规模干涉图的相位展开方法,分为子块独立展开和块与块的整体拼接,很好地协调了图像维数增加后相位展开精度、计算时间与内存资源的关系。其中方法①②③都基于一个共同的基本策略:相位区域质量不同,采用的方法不同,扬长避短;相位展开顺序由高(质量区域)到低(质量区域),减少误差传递。


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