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基于INSAR的高程信息提取与精度分析

作　者: 李建彪
导　师: 张钧萍
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 合成孔径雷达干涉测量图像配准干涉图滤波数字高程模型
分类号: P224
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

合成孔径雷达干涉测量(INSAR)技术是最近二十年才发展起来的一种非常先进的空间观测技术，它在地形测绘方面具有强大的技术优势。由于受到干涉数据质量、干涉图滤波及相位解缠等核心技术问题没有得到较好解决的影响，合成孔径雷达干涉测量技术还不能完全的实用化。论文的研究对象是星载INSAR干涉成像技术，针对缺乏观测地区精确DEM数据而无法核对提取的高程信息精度的实际情况，对INSAR获取DEM流程中的多个阶段做了较为系统地研究。研究工作主要集中在图像配准和干涉滤波步骤中相关算法和参数对最终高程精度的影响，并依据相干系数和残差点实现对处理结果进行定性和定量的分析，针对相干系数法精度低、配准错位等情况进行了改进，实现了提高精度、消除失配的情况。具体研究内容如下：首先，对图像配准步骤中常用的相干系数法和最大谱法进行研究。通过实验比较结果发现，最大谱法相较于相干系数法精度略高，但在噪声较大的情况下干涉条纹不明显，相干系数法容易出现错配现象，然后本文针对相干系数法中存在的图像间偏移量计算错误，匹配精度不高的问题提出了改进的相干系数法，实现了提高精度、消除失配的情况。最后基于轨道参数使用改进后的相干系数法进行了配准实验进行验证，以相干系数为评价标准证明配准精度大幅提高。其次，对均值、中值、圆周期均值和中值、最大似然等多种干涉图滤波算法进行了研究。以残差点数为评价滤波效果标准，比较了不同干涉滤波算法对高程精度的影响。通过实验对比发现圆周期均值中值滤波和最大似然滤波能够较好的保留边缘信息，而在基于窗口的滤波算法中，最大似然滤波效果最好，残差点数也相对较少。最后，使用荷兰Delft大学团队所研发的Doris开源软件对真实SAR数据进行分步处理，实现了高程信息的提取。通过实验总结得到影响高程精度的主要因素，包括有影像分辨率、参数计算精度、配准精度、滤波效果和地形地貌特征、雷达叠掩、阴影等引起的几何形变。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 INSAR技术特点和用途简介  9
  1.2 本文研究的目的和意义  9-11
  1.3 INSAR的发展和在国内外的研究现状  11-14
    1.3.1 合成孔径雷达技术的发展与现状  11-12
    1.3.2 利用INSAR技术提取DEM的发展与现状  12-14
  1.4 本课题研究的内容和组成结构  14-16
第2章 INSAR原理及处理流程  16-29
  2.1 合成孔径雷达原理  16-22
    2.1.1 SAR成像原理及处理  16-21
    2.1.2 SAR图像的几何构像模型  21-22
  2.2 INSAR获取DEM技术原理  22-24
    2.2.1 工作方式  23
    2.2.2 利用重复轨道干涉测量获取DEM原理  23-24
  2.3 INSAR获取DEM的处理流程  24-28
    2.3.1 SAR干涉像对的选择  24-26
    2.3.2 数据处理  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 INSAR图像的配准处理  29-40
  3.1 INSAR图像配准  29-37
    3.1.1 粗配准和精配准  29-31
    3.1.2 几种常用的配准方法  31-33
    3.1.3 关于相干系数法的改进  33-34
    3.1.4 实验分析  34-37
  3.2 主辅图像的预滤波  37-39
    3.2.1 主辅图像间的距离向频谱偏移  38-39
    3.2.2 SLC主辅图像预滤波  39
  3.3 本章小结  39-40
第4章 INSAR干涉图计算及滤波  40-50
  4.1 干涉图  40-41
    4.1.1 干涉图计算  40-41
    4.1.2 图像的一致性，相干性  41
  4.2 干涉图滤波  41-45
    4.2.1 均值滤波  42
    4.2.2 中值滤波  42
    4.2.3 圆周期均值和中值滤波  42-44
    4.2.4 最大似然滤波  44-45
  4.3 实验分析  45-49
    4.3.1 实验结果比较  45-47
    4.3.2 结果分析  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章高程信息提取与分析  50-57
  5.1 高程信息提取  50-54
    5.1.1 运行机理及流程  50-51
    5.1.2 处理过程及实验分析  51-54
  5.2 影响高程精度的因素  54-56
    5.2.1 误差模型  54
    5.2.2 精度分析  54-56
  5.3 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

基于INSAR的高程信息提取与精度分析

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