[发明专利]一种基于GB-InSAR的大气相位补偿方法

权利要求书

1.一种基于GB-InSAR的大气相位补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.成像处理：设定采用SFCW技术，则距离压缩通过快速傅立叶逆变换由频域变换到空域；将GB-SAR沿线性导轨的不同观测点的采样视为带有线性频移的频域采样，通过快速傅立叶逆变换实现方位向的能量聚焦，图像聚焦后进行加窗处理得到最终的二维SAR图像；

b.图像配准：对连续观测得到的二维SAR图像依次进行配准，即找到辅图像S几何关系到主图像M几何关系的转换，然后对辅图像S重新采样到主图像M几何关系，具体为：

b1.图像匹配：从主图像M中选择一系列的像素点(x,y)，根据两幅图像幅度值平方的互相关函数C(k_xy)来估计图像在距离和方位向上的偏移k_xy＝(k_x,k_y)，互相关函数C(k_xy)的表达式为：

公式1中，H_xy表示窗函数，μ_M,μ_S,σ_M,σ_S分别是图像在窗内的均值和方差；互相关函数C(k_xy)的最大值用于表征两幅图像之间的偏移k_xy＝(k_x,k_y)；

b2.转换估计：两幅图像之间的转换参数p_x(x,y),p_y(x,y)由如下二维多项式估计：

其中，a_x,b_x,c_x,d_x,e_x,f_x和a_y,b_y,c_y,d_y,e_y,f_y由最小二乘法估计，观测模型为：

公式3中，(x_S,y_S)是主图像上点(x_M,y_M)对应的辅图像上的坐标，(ξ_x,ξ_y)是残余误差；可以得到偏移(k_x,k_y)的表达式为：

b3.图像重采样：采用截断的Sinc作为插值信号，将辅图像转换到主图像，即主辅图像的每个像素点匹配到测量区域的相同位置；

c.干涉相位滤波和相位解缠：对步骤b配准后的两幅图像做差分干涉处理得到干涉图像，对于GB-SAR系统，干涉图像中的第a个像素点的干涉相位表示为：

△ψ_a＝△ψ_def,a+△ψ_atm,a+△ψ_noise,a+2nπ (公式5)

公式5中，△ψ_def,a表示由两次观测之间目标形变引起的相位差，△ψ_atm,a表示两次观测之间由于大气因素导致的相位差，△ψ_noise,a表示由热噪声因素引起的相位差；

采用最小费用流算法进行相位解缠操作，并在相位解缠之前使用周期均值滤波方法滤除噪声的干扰；

d.PS点选择：

首先对SAR图像进行分组，每F幅SAR图像为一组，每组执行一次候选PS点选择；

然后利用所有的候选PS点的相关系数信息，对候选PS点进行二次筛选，选择出最终的PS点集合；具体为：

d1.候选PS点选择：利用幅度及幅度离差指数选择候选PS点：

d11.利用幅度离差信息选择候选PS点，幅度离差的计算公式如下：

公式6中，σ_amp表示目标点幅度时间序列的标准差，m_amp表示目标点幅度时间序列的均值；在幅度离差选择过程中，先设定幅度离差门限ρ_adi，然后将幅度离差小于门限ρ_adi的像素点选为候选PS点；

d12.利用幅度信息进一步选择候选PS点，幅度选择方法用数学公式表示为：

公式7中，β是根据幅度离差信息选择出的候选PS点在参与选择的F幅图像中的平均幅度信息，β_thr为幅度阈值；

d2.二次筛选：利用相干系数信息进行二次筛选；计算相干系数采用ξ×ζ大小的窗，相干系数的数学表达式为：

计算各候选PS点在当前图像与前一幅图像中的相干系数，然后通过设定相干系数阈值ρ_coh，将所有相干系数小于门限ρ_coh的点剔除，则剩余的候选PS点即为最终的PS点选取结果；

e.大气相位补偿：在步骤d选取的PS点基础上，采用二维多项式模型估计大气相位；建立变换程度为r的二维多项式模型：

公式9中，△ψ_atm(p,q)是大气相位，(p,q)是像素点的坐标，(p_ref,q_ref)是参考像素点的坐标，b_t,(r-t)是多项式模型参数；根据选择的PS点估计APS模型参数；设定对于选择的PS点，其形变相位为零，有：

△ψ(p,q)＝△ψ_atm(p,q)+△ψ_noise(p,q)

通过最小二乘法估计模型参数然后利用所估计的模型参数来计算形变区域的大气相位；经过大气相位补偿后，可以得到由形变引起的真实相位值，从而可以计算出监测区域的形变量。