干涉合成孔径雷达(InSAR)是一种能够实现对地面高分辨率、高精度三维测绘的重要的遥感技术,是微波传感器中发展最为迅速和最有效的传感器之一。干涉合成孔径雷达在军事、国民经济建设和科学研究中有着极其广泛的应用领域,对InSAR技术的研究,在国内" />
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干涉合成孔径雷达信号处理方法研究

作　者: 毛志杰
导　师: 廖桂生
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 干涉合成孔径雷达 合成孔径雷达 最优加权联合矢量 图像配准 相位噪声滤波 相位展开 克莱梅洛下界 自适应波束形成 数字高程图
分类号: TN957.51
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


合成孔径雷达 的学位论文">干涉合成孔径雷达(InSAR)是一种能够实现对地面高分辨率、高精度三维测绘的重要的遥感技术,是微波传感器中发展最为迅速和最有效的传感器之一。干涉合成孔径雷达在军事、国民经济建设和科学研究中有着极其广泛的应用领域,对InSAR技术的研究,在国内外受到高度重视。合成孔径雷达(SAR)测量的距离和方位向高分辨率分别由脉冲压缩和合成孔径技术实现,它只能获取二维平面信息,并不含有地面的高度信息。干涉合成孔径雷达是在合成孔径雷达的基础上,通过在不同轨道或不同时间对同一地区进行多次观测来获得多幅SAR图像,再根据干涉成像几何关系等参数和SAR图像对应像素点之间的绝对相位差所反映的距离差来重构数字高程图(DEM)或地表形变图。在InSAR处理中,SAR图像配准、干涉相位噪声滤波和相位展开,这三大关键步骤是级联进行的,任何一级处理的信息损失,都对后面的处理产生不利影响,甚至无法进行信息恢复。本论文通过信号处理方法来克服这些问题,主要对SAR图像配准及干涉相位滤波和相位展开进行联合处理做了重点研究,以充分发挥干涉合成孔径雷达在全天候条件下获取大测绘带地表高程和监测地表形变信息的强大优势。具体工作概括如下:1.SAR图像配准InSAR信号处理对图像配准精度要求很高,即使亚像素级的配准误差都会使信号相干性降低,干涉相位噪声方差增大,进而增加相位滤波和相位展开的难度并直接影响最终恢复的DEM精度。针对此问题,提出了基于InSAR回波数据的自适应图像配准方法。该方法基于最小均方误差(MMSE)准则构造最优加权联合数据矢量(OWJD),同时给出了最优权向量的证明和图像一致性的计算方法,利用仿真数据和实测数据验证了本方法的有效性和正确性,并通过对InSAR数据进行自适应图像配准处理,可以得到稳健的干涉相位估计。2.干涉相位滤波针对基于特征值分布估计噪声子空间维数失效问题,提出了基于噪声子空间维数的InSAR干涉相位估计方法。该方法在图像存在配准误差时,不仅能够准确地估计出噪声子空间的维数,同时增强了联合像素方法估计干涉相位的实用性和稳健性。另外,融合相邻像素的相干信息,通过校正阵列导向矢量,使得导向矢量与该地面分辨单元的协方差矩阵相对应,利用稳健波束形成实现对地形干涉相位估计,提出了一种基于稳健波束形成的干涉相位估计方法。3.干涉相位展开和DEM重构由于图像配准误差、干涉相位噪声和相位缠绕的存在,使得干涉相位展开及数字高程图的获取仍然是一个具有挑战意义的课题。本文提出了几种有效的干涉相位展开方法:(1)基于最小费用流的InSAR干涉相位展开算法,(2)自适应图像配准的多基线InSAR干涉相位展开方法,(3)基于优化回波数据的自适应图像配准InSAR干涉相位展开方法,以及(4)基于阵列信号处理的多基线InSAR高分率DEM重构方法。通过对上述方法的性能分析和一系列实验验证以及干涉相位的克莱梅洛下界(CRLB)计算表明,均可以准确获得对图像配准误差稳健的绝对干涉相位估计(地形高程),从而验证了本文方法的正确性和有效性。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-24
  1.1 干涉SAR 技术的发展概况  12-16
  1.2 干涉SAR 技术的应用  16-17
  1.3 论文内容和安排  17-18
  参考文献  18-24
第二章 干涉SAR 测高基本原理及其精度分析  24-34
  2.1 干涉SAR 测高基本原理  24-28
  2.2 干涉SAR 测高精度分析  28-30
    2.2.1 各误差分量的表达式  28-29
    2.2.2 误差分析  29-30
  2.3 本章小结  30
  参考文献  30-34
第三章 干涉SAR 图像配准方法  34-54
  3.1 引言  34-35
  3.2 像素级图像配准方法  35-38
    3.2.1 空域互相关图像配准  35-36
    3.2.2 傅立叶变换图像配准  36-38
  3.3 亚像素级图像配准方法  38-40
    3.3.1 相关插值法  38
    3.3.2 最大互信息图像配准方法  38-40
  3.4 稳健的干涉SAR 图像配准方法  40-47
    3.4.1 信号模型  41
    3.4.2 加权联合数据矢量  41-42
    3.4.3 自适应图像配准  42-44
    3.4.4 自适应图像配准方法性能分析  44-47
  3.5 本章小结  47-49
  参考文献  49-54
第四章 干涉SAR 相位估计方法  54-72
  4.1 引言  54-55
  4.2 基于联合像素模型的干涉SAR 相位稳健性估计  55-62
    4.2.1 统计模型  56-58
    4.2.2 噪声子空间维数估计  58-59
    4.2.3 InSAR 干涉相位稳健性估计的处理步骤  59-60
    4.2.4 算法性能的实验验证  60-62
  4.3 基于稳健波束形成的干涉SAR 相位估计方法  62-69
    4.3.1 基于稳健波束形成的干涉相位估计  62-65
    4.3.2 干涉相位估计的处理步骤  65-66
    4.3.3 数据处理结果  66-69
  4.4 本章小结  69
  参考文献  69-72
第五章 干涉SAR 相位展开以及DEM 重构  72-106
  5.1 引言  72-73
  5.2 基于最小费用流的干涉SAR 相位展开算法  73-81
    5.2.1 新的加权矩阵  74-77
    5.2.2 基于新的加权系数的最小费用流算法  77-79
    5.2.3 最小费用流算法的性能分析  79-81
  5.3 自适应图像配准多基线干涉SAR 相位展开方法  81-89
    5.3.1 统计模型  81-83
    5.3.2 多基线干涉相位展开的处理步骤  83-85
    5.3.3 数据处理结果分析  85-89
  5.4 基于最优回波数据的多基线干涉SAR 相位展开方法  89-101
    5.4.1 信号模型  90-91
    5.4.2 最优加权矢量  91-93
    5.4.3 干涉相位CRLB 的计算  93-94
    5.4.4 基于最优回波数据的多基线InSAR 干涉相位展开方法  94-95
    5.4.5 展开相位与地形高程在之间的转换关系  95-97
    5.4.6 算法性能的实验验证  97-101
  5.5 本章小结  101-102
  参考文献  102-106
第六章 总结与展望  106-108
  6.1 总结  106
  6.2 展望  106-108
附录A 干涉相位CRLB 的计算  108-110
致谢  110-112
作者在攻读博士学位期间的研究成果  112-114

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达设备、雷达站 > 雷达接收设备 > 雷达信号检测处理
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