星载合成孔径雷达干涉成像的信息处理方法研究

论文摘要

干涉合成孔径雷达(InSAR)成像技术是在合成孔径雷达(SAR)技术基础上发展起来的雷达成像技术。它既继承了SAR的全天候、大范围、有一定穿透能力等优点，又具有对目标三维地貌进行高精度成像、对目标地面的慢速动目标和地壳微小移动作高精度检测等的能力。因此，该技术在军事、国民经济建设中，有着极其广泛的应用。 论文首先介绍了星载合成孔径雷达干涉测量三维成像技术的发展历程，简述了国内外有关干涉合成孔径雷达发展现状。论述了干涉合成孔径雷达三维成像的基本原理。分析了合成孔径雷达干涉测量系统模型，说明了星载InSAR获取地形信息的数据处理流程和合成孔径雷达差分干涉测量技术。 论文在研究了干涉数据图像进行相关配准、最大谱配准方法的基础上，提出了一种将相关配准与最大谱配准相结合的配准方法。在满足配准要求的条件下，减少了配准计算的工作量，并通过截取真实SAR数据进行实验，结果验证了该算法的有效性。论文分析了配准误差来源，给出了相干系数和干涉相位方差、干涉相位的概率密度分布之间的关系，以有效衡量两幅SAR图像的配准精确度。 论文论述了InSAR成像技术中干涉纹图的平地效应形成的原因，在简述消除平地效应常用方法的基础上，基于时域内乘以复指数的原理，提出了一种采用多次样条插值算法求取精确的平均空间频率，较好地达到消除平地效应的目的。实验表明：该算法与常用的消除平地效应方法相比较，能够更好地减少干涉相位图中的残差点。 论文分析了干涉纹图的噪声来源和干涉纹图的特性。根据常用的圆周中值滤波方法和圆周均值滤波方法，从小波变换理论出发，将小波分析和小波包分析应用于干涉纹图的滤波中，提出了一种基于小波分析和中值滤波相结合的滤波方法。并利用该方法对实际的干涉纹图数据进行实验，给出了将小波分析和中值滤波相结合方法用于干涉纹图滤波和小波包分析用于干涉纹图滤波的实验结果。结果表明该方法在减少残差点和保持干涉相位图的边缘细节方面具有有效性。 论文研究了经典的分支切割相位解缠算法和最小二乘相位解缠算法。在分析经典的分枝切割相位解缠方法的基础上，针对分枝切割算法的特点，提出了一种旨在加快形成分枝切割线速度的基于映射的分枝切割相位解缠的改进算法。实验证明了该算法形成分枝切割线所需计算时间比采用经典的分枝切割相位解缠方法形成分枝切割线所需时间大大减少，而两种方法的解缠效果基本相同。同时，论文还分析了获取相对数字高程模型(DEM)的方法。

论文目录

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• 摘要
• Abstfact
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 合成孔径雷达发展概述
• 1.2 合成孔径雷达干涉测量成像技术研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的结构安排
• 第2章 合成孔径雷达干涉测量成像原理
• 2.1 SAR干涉测量概述
• 2.1.1 SAR交轨模式干涉测量
• 2.1.2 SAR顺轨模式干涉测量
• 2.1.3 SAR重复轨模式干涉测量
• 2.2 合成孔径雷达干涉测量成像原理
• 2.3 合成孔径雷达干涉测量系统模型
• 2.4 星载 InSAR获取地形信息的数据处理概述
• 2.4.1 复图像的预滤波
• 2.4.2 InSAR图像对的配准
• 2.4.3 生成干涉纹图和相干系数图
• 2.4.4 去平地效应
• 2.4.5 干涉纹图的滤波
• 2.4.6 干涉纹图的相位解缠
• 2.4.7 生成数字高程模型（DEM）
• 2.5 合成孔径雷达差分干涉测量
• 2.5.1 合成孔径雷达差分干涉测量基本原理
• 2.5.2 合成孔径雷达差分干涉测量数据处理流程
• 2.6 合成孔径雷达干涉测量成像的应用
• 2.6.1 建立 DEM和 DEM优化
• 2.6.2 地质灾害研究
• 2.6.3 极地监测
• 2.6.4 海洋监测
• 2.6.5 森林调查与制图
• 2.6.6 军事领域
• 2.7 小结
• 第3章 基于相关匹配和最大谱配准的InSAR复图像配准
• 3.1 引言
• 3.2 干涉复图像对的预滤波处理
• 3.2.1 方位向预滤波处理
• 3.2.2 距离向预滤波处理
• 3.3 干涉复图像对的粗配准
• 3.3.1 相关粗配准
• 3.3.2 最大谱配准法
• 3.4 基于相关匹配和最大谱图像配准相结合的精配准
• 3.4.1 干涉复图像对的相关精配准
• 3.4.2 最大谱图像精配准
• 3.4.3 内插函数
• 3.5 实验结果与分析
• 3.5.1 实验结果
• 3.5.2 配准误差分析
• 3.6 小结
• 第4章 干涉纹图的平地效应消除
• 4.1 平地效应形成原理
• 4.2 平地效应消除
• 4.2.1 时域内平地效应消除法
• 4.2.2 频域内平地效应消除法
• 4.3 基于线性插值的平地效应消除方法
• 4.4 实验结果
• 4.5 小结
• 第5章 干涉纹图的降噪滤波
• 5.1 引言
• 5.2 干涉纹图的特性
• 5.3 干涉图的均值滤波和中值滤波
• 5.4 小波变换理论
• 5.4.1 连续小波变换
• 5.4.2 离散小波变换
• 5.4.3 多分辨分析
• 5.4.4 几种常用的小波基函数
• 5.5 基于小波分析和中值滤波相结合的干涉图滤波
• 5.5.1 噪声在小波分解下的特性
• 5.5.2 图像的二维小波变换
• 5.5.3 基于小波分析和中值滤波相结合的干涉相位图滤波
• 5.5.4 基于小波包分析的干涉相位图滤波
• 5.6 实验与结果
• 5.6.1 基于小波分析和中值滤波相结合的干涉相位图滤波实验结果
• 5.6.2 基于小波包分析的干涉相位图滤波实验结果
• 5.7 小结
• 第6章 干涉相位解缠及 DEM的获取
• 6.1 引言
• 6.2 相位解缠的基本原理
• 6.3 最小二乘相位解缠方法
• 6.4 分枝切割相位解缠算法
• 6.5 基于映射的分枝切割相位解缠改进算法
• 6.6 相对数字高程的获取
• 6.7 实验与结果
• 6.8 小结
• 第7章 InSAR干涉数据成像实验
• 7.1 引言
• 7.2 ERS-1/2串行干涉数据成像实验
• 7.2.1 ERS-1/2卫星基本情况
• 7.2.2 喀什市附近地区的 InSAR三维成像实验
• 7.2.3 乌鲁木齐附近地区的 InSAR三维成像实验
• 7.2.4 三峡附近地区的 InSAR三维成像实验
• 7.3 ENVISAT干涉数据成像实验
• 7.3.1 ENVISAT卫星的基本情况
• 7.3.2 ENVISAT中的 IMS数据格式
• 7.3.3 实验结果
• 7.4 实验结果分析
• 7.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 攻读学位期间参加的科研项目目录
• 致谢