TOPS模式数据配准模型及其对相干性的影响研究

发布时间：2018-05-19 17:15

  本文选题：InSAR + 相干性　； 参考：《武汉大学》2017年硕士论文

【摘要】：合成孔径雷达干涉技术(InSAR)是一种很有应用价值的遥感工具,可生产米级至分米级精度的数字表面模型,能够以毫米级精度监测地表运动形变。近期,渐进宽幅扫描模式(TOPS)SAR数据的干涉测量成为研究热点。TOPS是一种先进的ScanSAR模式,不仅能够获取大面积的扫描宽度,还解决了扇贝效应问题。然而,TOPS干涉的配准过程相当 复杂,这是由TOPS模式的成像特征决定的:每组burst的多普勒频率变化大,因此需要极高的方位向配准精度。1/10像元左右的配准精度,对SAR干涉测量来说通常是推荐值,但对TOPS模式获取的每组burst却会造成严重的方位向相位不连续。因此,为避免相位不连续,TOPS数据需要高于1/1000像元的配准精度。本研究分析了不同的配准方法:标准方法,几何方法,和增强型频谱差异法,并展示每一种方法对相干性的影响。标准方法的基本思想是寻找互相关最大值,或尽可能保持高相干性。它的局限性在于,使用有限数量的匹配点计算偏移量,然后使用内插法逼近,因此,配准精度与内插系数有关。几何方法依赖于外部信息,如数字高程模型(DEM)和精确的轨道参数。该方法的配准精度受限于轨道参数的精度。第三种方法基于影像重叠区的光谱特征,是一·种针对TOPS模式数据的改进的频谱差异(SD)技术。频谱差异法能够获取预期的配准精度,但是如果影像重叠区域存在大的形变或覆盖没有稳定目标的田地,尽管达到了要求的配准精度,也未必有良好的实际应用表现。因此,本研究提出一种增强型频频谱差异法(ESD)来改进传统的频谱差异法。本方法在生产差分干涉图前首先改善两幅低分辩率的干涉图,具体来说,在使用ESD方法之前首先采用频谱差异法对两景SAR影像进行改正。经测试,该方法得到更好的结果,代价是计算时间的延长。本文采用额外的时间计算(SD)步骤对此进行了说明,并提出一种缩减运算耗时的方法作为未来的研究内容,即改变配准过程的处理顺序。基本思想是将每一组burst当做一幅复数SAR影像,然后,同时分别(并行运算)处理对应的主burst和辅burst。这种新的处理顺序将有效缩短TOPS配准的运算时间,但另一方面,其并行运算也将需要更多临时磁盘和内存空间。
[Abstract]:Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR) is a valuable remote sensing tool, which can produce digital surface models with precision from meter to decimeter, and can monitor ground motion and deformation with millimeter precision. Recently, the interferometric measurement of progressive wide-amplitude scanning mode has become a hot topic. Tops is an advanced ScanSAR mode, which can not only obtain the scanning width of large area, but also solve the scallop effect problem. However, the registration process of tips interference is quite complex, which is determined by the imaging characteristics of TOPS mode: the Doppler frequency of each group of burst varies greatly, so it requires a very high azimuth registration accuracy of about 10 pixels. It is usually recommended for SAR interferometry, but it can cause serious azimuth phase discontinuity for each group of burst acquired by TOPS mode. Therefore, the registration accuracy of 1 / 1000 pixel is needed to avoid phase discontinuities. In this paper, we analyze different registration methods: standard method, geometric method, and enhanced spectral difference method, and show the effect of each method on coherence. The basic idea of the standard method is to look for the maximum cross-correlation or to maintain as high a coherence as possible. Its limitation is that the offset is calculated with a finite number of matching points and then approximated by interpolation. Therefore the registration accuracy is related to the interpolation coefficient. Geometric methods depend on external information, such as digital elevation model (DEM) and precise orbital parameters. The registration accuracy of this method is limited by the accuracy of orbit parameters. The third method is based on the spectral characteristics of the image overlapped region, and is an improved spectral difference (SDD) technique for TOPS pattern data. The spectral difference method can obtain the expected registration accuracy, but if there is a large deformation in the image overlap area or cover the field with no stable target, even though the required registration accuracy is achieved, it may not have a good performance in practical application. Therefore, an enhanced frequency spectrum difference method (ESDs) is proposed to improve the traditional spectrum difference method. This method improves two low-resolution interferograms before producing the differential interferogram. Specifically, the spectral difference method is used to correct the two scenes SAR images before using the ESD method. The test results show that the method can get better results at the cost of prolonging the calculation time. In this paper, the extra time calculation (SDS) step is used to illustrate this problem, and a method of reducing the computation time is proposed as the research content in the future, that is, to change the processing order of registration process. The basic idea is to treat each group of burst as a complex SAR image and then process the corresponding primary burst and auxiliary burst simultaneously. This new processing order will effectively shorten the operation time of TOPS registration, but on the other hand, its parallel operation will also require more temporary disk and memory space.
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P237

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本文编号：1910962