星载InSAR图像配准及三维信息提取研究

论文摘要

合成孔径雷达干涉测量( Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术以合成孔径雷达(SAR)成像原理为基础,结合了干涉测量技术,是近几十年来微波遥感领域中的一项重要成果,极具发展潜力。简要介绍了InSAR技术的特点、国内外发展历程以及主要应用领域,系统地阐述了SAR干涉成像技术的原理和数据处理流程,在此基础上,结合实例对复图像的配准以及提取三维信息的各步骤(去平地效应、干涉图滤波、相位解缠等)实现方法进行深入地分析和研究。复图像的配准是InSAR数据处理中的关键步骤,寻找快速高效的配准算法是该领域的研究热点。介绍了图像配准的一般步骤、几种常用的插值核以及干涉图的质量评价方法,重点研究了星载InSAR图像的配准算法。在分析了三种常用配准算法的基础上,提出了一种改进的基于频域相关的快速配准算法,分别采用频域相关和线性调频Z变换进行粗配准和精配准,最后利用傅里叶变换的平移性质对辅图像插值重采样。应用该算法对实际数据进行了实验,从配准时间和精度两方面进行了分析,实验结果证明该方法在保证配准精度的同时能够有效减少运算量,大大提高运算效率。在三维信息的提取过程中,需要利用相位解缠获取目标的高度信息,而去平地效应和干涉图滤波是提高解缠精度的主要步骤。分析了平地效应产生的原理和干涉图相位噪声的特点,介绍了常用的去平地效应方法,以及基于空域的圆周期均值、中值滤波与基于频域的Goldstein滤波的原理,并进行了相应的实验。比较了相位解缠中的Goldstein的枝切法与采用快速傅里叶变换实现最小二乘的算法,指出各自存在的优势及缺陷,并利用实际卫星数据完整地实现了InSAR成像技术的处理流程,生成了粗糙的相对数字高程模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外InSAR技术的发展历史及现状
• 1.3 InSAR技术的应用
• 1.4 本文的主要内容及结构安排
• 第2章 SAR干涉测量理论
• 2.1 引言
• 2.2 InSAR成像模式
• 2.2.1 SAR交轨干涉测量
• 2.2.2 SAR顺轨干涉测量
• 2.2.3 SAR重复轨道干涉测量
• 2.3 InSAR三维成像技术基本原理
• 2.4 InSAR数据处理流程
• 2.4.1 InSAR图像预滤波
• 2.4.2 InSAR图像配准
• 2.4.3 平地效应去除与干涉图滤波
• 2.4.4 相位解缠
• 2.4.5 生成数字高程模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 星载InSAR图像配准算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 InSAR图像配准概述
• 3.2.1 InSAR图像粗配准
• 3.2.2 InSAR图像精配准
• 3.2.3 辅图像插值重采样
• 3.2.4 干涉图质量评价
• 3.3 InSAR图像配准算法
• 3.3.1 相关系数法
• 3.3.2 最大频谱法
• 3.3.3 最小平均波动函数法
• 3.4 基于频域相关的快速配准算法
• 3.4.1 基于频域相关的粗配准
• 3.4.2 基于CZT的精配准
• 3.5 实验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 平地效应去除与干涉图滤波
• 4.1 引言
• 4.2 平地效应去除
• 4.2.1 平地效应产生的原理
• 4.2.2 常用的平地效应去除方法
• 4.3 干涉图滤波
• 4.3.1 干涉图相位噪声分析
• 4.3.2 常用的干涉图滤波方法
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 去除平地效应实验
• 4.4.2 干涉相位噪声滤波实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 相位解缠
• 5.1 引言
• 5.2 枝切法
• 5.2.1 残差点与路径跟踪算法
• 5.2.2 Goldstein的枝切法
• 5.3 最小二乘法
• 5.4 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢