星载多通道SARInSAR成像处理技术研究

1、星载多通道SAR/InSAR成像处理技术研究星载合成孔径雷达 (SyntheticAperture Radar,SAR)和干涉合成孔径雷达 (Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR) 因其全天时、全天候的工作特点在军用和民用领域发挥了巨大作用 , 而传统 SAR系统面临着“最小天线面积限制” , 无法同时实现高分辨率和宽测绘带 (High-Resolution and Wide-Swath,HRWS) 成像 , 多通道 SAR 系统是突破上述限制的有效手段 , 逐渐成为遥感领域的研究热点。随着多通道 SAR的发展 , 多通道 InSAR也得

2、到了广泛关注。本文针对多通道 SAR和 InSAR 数据处理中的若干关键技术进行了深入研究 , 论文的主要内容和创新点概括如下 :(1) 方位多通道 SAR成像处理关键技术第三章针对方位多通道成像处理中的关键技术展开研究 , 首先建立了方位多通道 SAR回波信号和通道误差模型 , 然后针对星载方位多通道 SAR系统通道相位偏差估计问题 , 本文提出了一种基于多普勒谱优化的通道相位偏差估计算法。 该算法以重构的方位向多普勒谱为目标函数 , 采用牛顿迭代法或者迭代的最小化过程来优化得到通道间的相位偏差。基于仿真数据和实测数据的实验验证了该算法的有效性。 然后, 本章对比分析了传递函数法和空时阵列处

3、理法在方位无多普勒模糊重构方面的性能 , 为无多普勒模糊重构算法选择提供建议。 (2) 俯仰多通道 SAR成像处理关键技术第四章针对俯仰多通道成像处理中的关键技术进行了深入研究 , 首先建立俯仰多通道信号模型 , 然后针对俯仰向通道间相位偏差估计问题 , 提出了两种估计方法 : 提出了一种基于图像相关的俯仰通道相位偏差估计方法 , 该算法首先利用俯仰向通道接收数据之间的相关性 , 对相邻通道间聚焦成像后的 SAR复图像进行干涉处理得到相邻通道间的干涉相位 , 该相位中包含地形相位和通道间相位偏差 ; 然后对干涉相位作干涉处理得到相邻通道干涉相位的差分相位 , 去除地形相位后 , 得到通道间相位

4、偏差的差分相位 , 此时只能得到通道相位偏差的相对值 ; 最后 , 基于图像最大对比度优化算法确定各通道的相位偏差。 利用车载 SAR系统获取的多通道数据验证了本文算法能够有效地对通道间的相位偏差进行估计。 通过分析通道间的相位偏差对指定零陷的位置的影响 , 本文提出了一种基于差波束天线方向图的通道相位偏差估计方法。 该方法利用俯仰向接收通道形成差波束天线方向图 , 通过优化指定零陷处能量最低以获得通道之间的相位偏差 , 利用车载 SAR系统获取的多通道数据验证了该方法的有效性。 (3) 多通道 InSAR成像处理关键技术第五章的研究工作分为两部分 : 第一部分是多通道 HRWS InSAR处

5、理 ,HRWS成像使得干涉相位的规模增大 , 增大了相位解缠的难度 , 本章提出了一种单基线快速相位解缠方法 : 针对多通道 HRWS InSAR干涉相位数据规模大的问题 , 提出了一种 L1 范数分块的单基线相位解缠方法 , 该方法首先通过对“正 - 负”残点进行预连接从而进行 L1 范数聚类分块 , 然后通过对残点对之间所有可能的连接路径进行优化选择 , 求取最优路径和权值 , 用于由残点转换形成的网络的优化求解。最后采用最小费用流 (Minimum Cost Flows,MCF) 算法对预连接的残点对优化求解 , 从与同一个残点连接的所有不同极性残点中确定最优残点对。 该算法的优点是处理

6、高效, 并且能够保证 L1 范数全局解和局部解的一致性 , 避免由图像分块解缠、拼接处理导致的局部不连续的问题, 利用星载实测数据对该算法进行了验证 , 该算法不仅能够获得连续的解缠相位, 而且能够提高处理效率 , 适用于未来 HRWSInSAR数据处理。第二部分针对由多通道SAR系统构成的多基线 InSAR系统展开了研究 , 多基线系统通过增加采样 , 能够解决单基线 InSAR在地形复杂区域相位欠采样的问题 , 针对多基线 InSAR处理 , 本文提出了一种多基线相位滤波和相位解缠方法 : 提出了一种基于短基线解缠相位补偿的多基线相位滤波方法 , 该方法以短基线解缠相位补偿不同基线下获取的各干涉相位中的地形相位 , 使滤波窗口内的相位分布更平稳 , 并且结合多基线干涉相位信息以增加滤波窗口内的样本数 , 提高了干涉相位滤波性能。基于仿真数据和实测数据的实验结果验证了本文方法的有效性。 提出了一种基于单基线解缠相位辅助的多基线相位解缠方法 , 该方法利用短基线解缠处理稳健、效率高的优点 , 根据基线