[发明专利]基于轨道误差相位基的星载SAR干涉基线矫正方法

说明书

本发明公开一种基于轨道误差相位基的星载SAR干涉基线矫正方法，涉及导航和雷达测量领域。该方法用景中心基线长度和基线变化速率平行、垂直雷达视线方向的分量共四个参数来描述干涉基线，并根据建立的轨道误差相位观测方程，将由残差相位近似的轨道误差相位投影到四个能够反映基线误差参数信息的轨道误差相位基以及经地理编码到雷达坐标系的外部数字高程模型上，再根据投影系数矫正各个基线参数。方法通过中值池化、最小二乘解算和迭代来保证算法的精度和鲁棒性。该方法普适性强，获得的基线精度较高，收敛速度快，且在实现上更简单、直观。应用本方法可以在根源上缓解基线误差对干涉处理带来的影响，提高干涉、差分干涉、时序干涉处理的精度。

技术领域

本发明属于导航和雷达测量领域，是一种星载合成孔径雷达（SyntheticAperture Radar，SAR）干涉基线矫正方法，可应用于干涉、差分干涉、时序干涉处理中。

背景技术

合成孔径雷达干涉（Interferometric SAR，InSAR）和差分干涉（DifferentialInSAR，D-InSAR）由于具有全天时、全天候、分辨率高、覆盖范围广的工作能力已成为对地观测的重要工具。InSAR和D-InSAR利用SAR图像的相位信息获取地表高程、地表在雷达视线方向的形变信息，广泛应用于地形测绘、地表沉降监测以及自然灾害监测。

以重轨干涉为例，干涉基线是SAR照射地表同一目标时主卫星天线指向辅卫星天线的空间矢量，是干涉处理的重要参数。若基线估计误差较大则会严重影响干涉处理的精度。具体表现在两个方面：基线误差造成平地相位计算误差，即轨道误差相位，所产生的影响通常称为“相位倾斜”，基线误差还导致地形相位与高程转换系数的误差，从而影响InSAR生成数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）的准确性和D-InSAR处理中的地形相位去除过程。

已经有许多研究致力于缓解基线误差造成的影响，这些方法可以分为两大类：第一类方法专注于缓解“相位倾斜”的影响，以某种模型拟合轨道误差相位，再从差分相位中减去，以重建真实的差分相位。另一类方法通过精确地估计基线来从根本上解决基线误差对干涉处理的影响。

在第一类方法中，常用的模型有定义在雷达结构即斜距和方位时间坐标下的线性模型、二次模型。线性模型通常用于较小范围的近似，然而在整幅干涉图中，线性模型就不足以拟合轨道误差相位，这时常用到二次模型。这一类方法操作简单，可以有效缓解相位倾斜问题，已经被广泛应用于差分干涉和时序干涉处理中。但轨道误差相位并不是严格多项式形式的，应用这种方法会带来一个小的偏差。另外，即便相位倾斜被很好地补偿了，地形相位与高程的转换系数仍不准确，这会使得差分干涉去除地形相位不准确，尤其在山地地区会带来较大影响。

第二类方法根据所依赖的信息可以分为基于图像自身信息的基线估计方法和基于外部信息的基线估计方法。基于图像自身信息的基线估计方法通常用到基线与配准的关系、基线与干涉图频率条纹的关系来解算基线。这类方法由于不依赖其它信息，因此对干涉数据本身的质量、特点会提出要求，而所提出的要求在大部分情况下不一定能满足。另外，处理过程中一些参数的选取也会给基线估计带来一定的不确定性。基于外部信息的基线估计方法常用到两种外部信息。第一种是地面控制点（Ground Control Points，GCP）信息，通过建立干涉观测方程，结合若干GCP信息解算观测方程参数，进而得到基线信息。这一方法理论精度较高，然而在很多情况下，我们无法获得感兴趣区域的地面控制点，而且在控制点信息不够精确的情况下，这一方法的效果将大打折扣。第二种是外部DEM信息，给定基线初值后，这类方法要么通过不断调节基线使得借助DEM模拟的干涉数据的某一特性逼近原始干涉数据的某一特性，要么借助DEM来获取残差相位，再根据基线与之关系构建观测方程以矫正基线。这类方法所得到的基线参数一般比较精确，而且外部DEM很容易获取，但现有方法迭代收敛速度慢、所构建的方程复杂度较高，使得该类方法计算量较大、计算效率较低，尤其用于大数据量的时序干涉处理中时，这些缺点会更加凸显。