多基线干涉SAR高程反演研究

发布时间：2017-11-30 12:00

  本文关键词：多基线干涉SAR高程反演研究

  更多相关文章： 干涉合成孔径雷达 多基线干涉SAR 三维重建模型 干涉定标 多基线极化干涉SAR 并行计算

【摘要】：合成孔径雷达干涉测量是快速、大面积获取目标区域DEM的重要手段,多基线干涉SAR测量技术无需相位解缠、无需控制点支持,极大地提升了干涉SAR的性能。但是,目前的多基线干涉SAR算法大部分采用近似几何模型,结果精度较低,并且计算效率低下,容易受系统参数误差和噪声的影响而得到错误的结果,从而限制了多基线技术的应用。本文以严密的干涉SAR三维重建模型为基础,重点对多基线干涉SAR中的关键技术:几何参数定标技术、较大变形条件下异轨数据的配准技术以及多基线干涉SAR高程反演模型开展了研究。进一步结合极化干涉SAR技术和并行计算技术,研究了多基线极化干涉SAR技术,实现了多基线干涉SAR高程反演方法的并行化。本文的主要贡献和创新如下:(1)构建了地心直角坐标系下干涉几何参数的敏感度方程,提出了一种多基线干涉SAR几何参数定标方法,获得了精确的系统参数,提高了获取高程的精度。考虑到多基线干涉数据需要统一坐标系,在地心空间直角坐标系下推导了X、Y和Z方向上的基线长度、基线倾角、干涉相位、初始斜距和多普中心勒频率的敏感度方程,联合控制点和连接点建立了多基线干涉SAR定标模型,实现了多基线干涉SAR数据系统参数的精确标定,有效消除了由几何参数引入的误差,提高了多基线干涉SAR提取DEM的精度。(2)提出了一种较大几何变形条件下的干涉数据配准方法,该方法以改进的SIFT方法作为粗配准、解析搜索方法作为精配准,解决了多基线干涉数据多次获取数据之间相对几何变形较大的问题。针对多次获取的数据相对变形较大,常规的配准方法难以达到较高精度的问题,首先利用SIFT方法提取特征点,其次利用干涉几何关系和特征点匹配准则进行匹配,利用多项式拟合偏移量并剔除残差值大的匹配点,最后逐像元构建包含偏移量为未知数的相关函数,通过迭代解算偏移量完成精配准。实验表明该方法不仅适用于多基线干涉SAR数据,且适用于相对变形较大的机/星载重轨干涉数据,与常用的相关函数法和频谱极大值方法相比具有更高的配准精度。(3)构建了一种新的适用于多基线干涉SAR高程反演的三维重建模型,提出了将干涉相位整周期数作为未知数和目标坐标一起解算的多基线高程反演模型,从而避免了地形复杂区域因相位解缠错误引入的高程误差。由于模型通过三维坐标连接各组干涉数据,具有良好的稳定性,较高的高程精度,并且可抵御一定的系统参数误差和噪声等偶然误差。实验表明,模型适用于不同的地形类型,能够在有效降低偶然误差影响的情况下并不损失地物细节信息,并且同时适用于机载和星载数据。(4)首次将多基线极化相干最优技术中的MB-MSM和MB-ESM算法引入到多基线干涉SAR高程反演中,提高了DEM精度。多基线极化最优相干算法保证多组干涉数据整体上达到最优值,特别是MB-ESM算法保证了相同的像元具有相同的散射中心,对于提高多基线干涉SAR高程反演质量至关重要。本文经过不同方法的组合,综合15种方法展开大量实验,讨论了各种方法对高程反演的影响,结果表明利用MB-ESM方法获得的最优干涉图进行多基线高程反演获得的效果最好。(5)实现了多种多基线干涉SAR方法的并行化,提高了多基线干涉SAR数据处理速度。针对多基线干涉SAR数据量大,计算时间长的问题,对本文涉及的多基线干涉SAR高程反演算法实现并行计算。本文充分利用现有的处理设备和服务器中的多核CPU资源,基于Open MP并行程序开发环境,实现并行算法。实验显示,在现有的4核工作站和8核服务器上,实现了3~4倍的运算加速。(6)提出了在复杂地形条件下干涉SAR及多基线干涉SAR高程反演技术方案,并集成了上述算法,开发了一套多基线干涉SAR提取DEM的软件。通过在若尔盖测区不同地形条件下的大量实验,验证了本文方案与软件系统的精确性、有效性与稳健性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P237

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林振华,陆建,倪晓武;瞬态干涉图条纹预处理方法研究[J];激光技术;1996年04期

2 李全臣,夏亮;干涉图数据处理的一种方法[J];计量技术;1999年03期

3 艾彬;黎夏;;基于改进的频谱位移雷达干涉去平算法研究[J];热带地理;2009年02期

4 叶松;熊伟;王新强;洪津;乔延利;;基于频域分析的空间外差干涉图校正方法研究[J];光学学报;2013年05期

5 陈显球;光导纤维截面显微干涉图[J];自然杂志;1983年06期

6 左芬;;同步移相干涉术的相位测量原理[J];淮阴师范学院学报(自然科学版);2008年02期

7 刘东;杨甬英;田超;骆永洁;卓永模;;高精度单幅闭合条纹干涉图相位重构技术[J];中国激光;2010年02期

8 蒋廷臣;李陶;刘经南;;星载宽幅雷达干涉监测大范围地震形变技术研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2011年04期

9 李朝英;试谈两个光源的干涉[J];大学物理;1982年02期

10 贺安之,阎大鹏,倪晓武;流场三维层析与高速干涉摄影[J];高速摄影与光子学;1987年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄菁;朱日宏;陈磊;;高精度单幅干涉图处理方法[A];第十一届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2006年

2 王青;何勇;吴仁安;;干涉图组合测试中的空间关系[A];第九届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2001年

3 葛锦蔓;苏俊宏;;干涉图处理技术在膜厚测量中的应用[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（上册）[C];2009年

4 何勇;王青;吴仁安;;干涉图条纹的全自动处理[A];第九届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2001年

5 李博;陈磊;;移相干涉术中的振动补偿算法[A];第十三届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2010年

6 唐锁夫;陈昕;;一种自适应局部频率估计干涉图滤波方法[A];2012'中国西部声学学术交流会论文集(Ⅱ)[C];2012年

7 李博;陈磊;李金鹏;李燕;;同步移相干涉测试中的系统误差校正[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

8 李苏宁;朱日宏;李建欣;王琰;;干涉成像光谱技术中的重构方法[A];第十二届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2008年

9 万文博;苏俊宏;杨利红;徐均琪;;一种基于干涉图处理的相位解包新算法[A];2010年西部光子学学术会议摘要集[C];2010年

10 陆振宇;姚锦晓;朱日宏;高志山;;白光扫描干涉法测量三维表面形貌的研究[A];第十届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张士江;光谱重建中干涉图处理及其应用研究[D];安徽大学;2011年

2 孙希龙;基于双星编队SAR的差分干涉研究[D];国防科学技术大学;2007年

3 张志斌;干涉SAR合成相位展开算法研究[D];西安电子科技大学;2010年

4 梁菲;机载干涉SAR定标方法试验研究[D];北京交通大学;2011年

5 顾菁;干涉成像光谱技术研究[D];南京理工大学;2006年

6 解来运;基于径向剪切干涉波前检测技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

7 鲁虹伟;低相干干涉检测技术与光滤波器测量表征研究[D];浙江大学;2013年

8 王健;基于干涉SAR的建筑物提取的方法研究[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2005年

9 全刚;干涉SAR成象算法研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年

10 杨娟;高保相毫米波干涉SAR技术研究[D];电子科技大学;2013年

，

本文编号：1239203