星载InSAR图像配准及三维信息提取研究

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合成孔径雷达干涉测量( Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术以合成孔径雷达(SAR)成像原理为基础,结合了干涉测量技术,是近几十年来微波遥感领域中的一项重要成果,极具发展潜力。简要介绍了InSAR技术的特点、国内外发展历程以及主要应用领域,系统地阐述了SAR干涉成像技术的原理和数据处理流程,在此基础上,结合实例对复图像的配准以及提取三维信息的各步骤(去平地效应、干涉图滤波、相位解缠等)实现方法进行深入地分析和研究。复图像的配准是InSAR数据处理中的关键步骤,寻找快速高效的配准算法是该领域的研究热点。介绍了图像配准的一般步骤、几种常用的插值核以及干涉图的质量评价方法,重点研究了星载InSAR图像的配准算法。在分析了三种常用配准算法的基础上,提出了一种改进的基于频域相关的快速配准算法,分别采用频域相关和线性调频Z变换进行粗配准和精配准,最后利用傅里叶变换的平移性质对辅图像插值重采样。应用该算法对实际数据进行了实验,从配准时间和精度两方面进行了分析,实验结果证明该方法在保证配准精度的同时能够有效减少运算量,大大提高运算效率。在三维信息的提取过程中,需要利用相位解缠获取目标的高度信息,而去平地效应和干涉图滤波是提高解缠精度的主要步骤。分析了平地效应产生的原理和干涉图相位噪声的特点,介绍了常用的去平地效应方法,以及基于空域的圆周期均值、中值滤波与基于频域的Goldstein滤波的原理,并进行了相应的实验。比较了相位解缠中的Goldstein的枝切法与采用快速傅里叶变换实现最小二乘的算法,指出各自存在的优势及缺陷,并利用实际卫星数据完整地实现了InSAR成像技术的处理流程,生成了粗糙的相对数字高程模型。
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