[发明专利]一种基于GB-InSAR的大气相位补偿方法

说明书

本发明属于合成孔径雷达技术领域，具体涉及一种基于地基干涉合成孔径雷达的大气相位补偿方法。本发明首先利用快速傅里叶逆变换快速有效地实现距离维和方位维的聚焦，然后采用一种联合相干系数、幅度以及幅度离差指数三重门限法进行可靠的PS点选择，最后充分考虑大气相位的空间相关性，利用二维多项式模型估计大气相位。本发明能够快速准确地估计并补偿大气相位，有利于提高GB‑InSAR的实时测量精度，具有一定的实际应用价值和通用性。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达技术领域，具体涉及一种基于地基干涉合成孔径雷达的大气相位补偿方法。

背景技术

地基干涉合成孔径雷达(Ground-based Interferometric Synthetic ApertureRadar,GB-InSAR)已广泛应用于形变监测领域，如滑坡监测、冰川监测以及大坝监测等。GB-InSAR技术通过步进频连续波(Stepped Frequency Continuous Wave,SFCW)技术和合成孔径技术实现雷达图像距离向和方位向的高分辨率,并且具有重访周期短、观测位置灵活、传感器平台稳定等优点，使其在遥感形变测量中具有很大的应用价值。然而，GB-InSAR测量精度虽高，但易受到大气相位屏(Atmospheric Phase Screen,APS)扰动或系统噪声影响，而其中大气扰动造成的影响最大，会严重降低形变测量的可靠性和精度，因此，有必要对大气相位进行补偿处理。

现有的APS估计方法主要包括基于模型的方法和气象数据法。基于模型的方法通常将APS建模为距离的多项式函数，利用永久散射体(Permanent Scatterer,PS)技术，即在SAR图像中选择出长时间范围内能够保持高相关性的目标点，或通过人工设置地面控制点(Ground Control Points，GCPs)来估计，但实际上大气相位不仅是距离的函数，也是方位的函数；而气象数据法则是根据测量的温度、湿度、压强等大气参数来估计APS，其估计性能取决于气象数据测量的精度，并且当大气参数沿监测场景发生巨大变化时，这种方法也不再适用。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种新的基于GB-InSAR的大气相位补偿方法。

本发明的技术方案是：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：由于采用了SFCW技术，距离压缩可以通过快速傅立叶逆变换由频域变换到空域；另一方面，由于GB-SAR沿线性导轨的不同观测点的采样可以视为带有线性频移的频域采样，因此也可以通过快速傅立叶逆变换来实现方位向的能量聚焦；为了降低旁瓣造成的影响，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。图像配准需要找到辅图像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：