[发明专利]一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及多基线SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)干涉相位估计领域，具体涉及一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法。

背景技术

干涉合成孔径雷达(Interferometry Synthetic Aperture Radar，InSAR)利用两副天线对地同时观测或单天线两次对地近似平行观测来获取目标区域的三维信息，具有快速、高效、精确、大范围获取地表三维信息的能力，为监控目标和管理大范围的环境问题提供了更直接和更有效的方法，已广泛地应用在地理信息系统(Geographic Information System,GIS)构建、环境监测及预警等领域。多基线InSAR技术能解决传统InSAR技术存在系统高度模糊数与缠绕相位解缠可靠性不可兼顾的矛盾，具有解决陡峭或断裂山地、城市等不连续复杂地形三维测绘的能力与潜力。多基线SAR干涉相位估计是多基线InSAR技术应用中的关键环节，其展开精度直接关系到多基线InSAR系统高程测量精度，一直以来就是多基线InSAR技术应用研究的热点与难点问题。过去十几年以来，有关多基线SAR干涉相位估计方法的文献已陆续发表，包括中国余数定理法、最小二乘法、最小范数法、最大似然法以及迭代法、子空间投影及波束形成算法等。上述方法中，中国余数定理法易受干涉相位噪声的影响而失效。最小二乘法和最小范数法本质上是利用多个干涉基线的相位梯度来平滑长基线的相位梯度值，其估计精度不仅受干涉图质量影响较大，而且如果权值选择不当或离散相位梯度估计不能反映真实的相位梯度，则会引入较大的误差。最大似然相位估计方法利用最大似然估计准则从多幅复SAR图像提取相位信息，没有最小二乘算法中相邻像素点的干涉相位差必须小于π的限制条件，但它通常还需利用其他相位展开算法对最大似然估计后的折叠相位进行展开，其精度受限于后续算法处理其折叠相位的能力。迭代法首先通过展开短基线干涉图来获取较长基线干涉图相关信息，以此类推，最终展开最长基线干涉图，可以避免直接展开长基线干涉图带来的困难，但该方法存在前级与后级间误差传递效应大，易导致长基线干涉图部分区域相位估计精度严重恶化。子空间投影及波束形成法能在抑制干涉相位噪声的同时完成干涉相位展开，但存在准确估计噪声子空间维数难度较大和对干涉图信噪比要求较高的问题，如干涉图信噪比较低时，协方差矩阵大小特征值接近,导致噪声子空间维数估计存在较大的困难，而噪声子空间维数估计不准将严重影响其相位展开精度。张红梅等提出的“利用差分滤波进行多基线 InSAR相位解缠”[张红敏,靳国旺,徐青,秦志远.利用差分滤波进行多基线InSAR相位解缠.武汉大学学报(信息科学版),2011,36(9):1031-1034.]将差分滤波思想引入到多基线SAR干涉相位展开中，以较短基线干涉图展开结果指导较长基线干涉图的展开，从而扩展干涉相位估计的非模糊区间，以解决较长基线干涉图中欠采样区域的展开难题。然而，该方法不仅要求最短基线干涉图质量较高，不存在频谱混叠问题，且不同干涉基线之间必须满足适当比例关系；否则，该方法误差较大，甚至完全失效。此外，文献1公开了一种基于多基线组合频率估计的相位估计方法[谢先明,皮亦鸣.一种基于多基线组合频率估计的相位展开方法.测绘学报,2012,41(1):93-99.]，该方法通过选取适当的基线组合和提取任一复像元(随基线变化的)频率来获得长基线干涉相位估计值，不需要进行大量的迭代运算，甚至当最短基线较短时，不需要进行干涉相位展开；但该方法受采样定理限制，其基线间隔必须小于临界基线间隔；否则该方法失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法，其具有简单有效、计算量较小、精度较高，稳健性较强的特点。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于频率补偿的多基线SAR干涉相位估计方法，包括如下步骤：

步骤一，通过展开最短基线的复干涉图，来提取复干涉图的每一像元随基线变化的粗略估计频率；

步骤二，把上述提取出的复干涉图的每一像元随基线变化的粗略估计频率通过共轭复乘补偿给相应的抽样复干涉信号，获得降频抽样复干涉信号；

步骤三，对降频抽样复干涉信号进行傅里叶变换，并做峰值搜索后获得复干涉图的每一像元随基线变化的降频抽样复干涉信号频率；

步骤四，将步骤一所得的粗略估计频率与步骤三所得的降频抽样复干涉信号频率叠加后，获得复干涉图每一像元随基线变化的估计频率；