机载双天线干涉SAR实时处理算法研究

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干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术是无线电干涉测量技术与合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术的结合,在地形三维测绘、地形形变监测、冰川运动监测、陆地覆盖分类及军事领域中都得到了广泛应用。实时评估InSAR数据质量、快速反应突发性自然灾害及实现目标的实时精确三维定位,都使得实时干涉处理非常有意义。   本文围绕InSAR技术的实时实现,研究了SAR图像高精度快速配准、快速干涉相位滤波、快速稳定的相位展开及DEM(Digital Elevation Model)实时反演,并给出了一套实时干涉处理算法及实现方案。   传统InSAR处理中,两幅SAR图像的精确配准非常耗时。本文提出非线性ECS(Extended Chirp Scaling)自配准成像算法,实现了两天线SAR图像在成像处理过程中的高精度距离向自配准。仿真数据和实测InSAR数据的处理结果表明,该算法具有很高配准精度。省略了后续配准处理,大大提高了干涉处理速度。为降低运算量,利用POS(Position and Orientation System)提供参数计算多普勒中心频率,分析方位向降采样和干涉多视关系,给出了降采样方法。   目前干涉滤波算法在保证滤波质量时速度较慢,本文提出快速干涉相位滤波算法。两天线的SLC(Single Look Complex)数据共轭复乘产生干涉复数据,方位向干涉多视,实部和虚部分别快速均值与快速准中值滤波产生干涉相位,快速均值滤波。滤波结果表明,该算法比几个传统干涉滤波算法的滤波效果更佳,滤波速度更快。采用改进的快速相干系数计算方法,比传统计算方法更加稳定高效,但估计方差稍大,可通过增加样本点来减小。   传统相位展开算法在保持相位展开精度时一般速度较慢,本论文提出基于密集残差点划分的快速稳定的相位展开算法。快速获取残差点,利用给定的准则进行正负残差点配对来合理设置枝切线,利用相干系数和枝切线矩阵对噪声区划分,根据划分分阶段相位展开,对孤立区域相位修正以得到连续的展开相位。仿真数据和实测InSAR数据的处理结果表明,本算法展开精度更高,展开速度比目前速度很快的Goldstein枝切法还快1倍以上。   DEM反演中,基线长度、基线倾角、绝对延迟时间误差可在定标场中定出且在飞行测量时认为不再变化,但常数的相位偏置却随着场景发生变化。本文提出基于SRTM(Shurtle Radar Topography Mission)粗精度DEM数据的相位偏置实时估计方法。由POS提供的实时机下点经纬度及几何关系确定SRTM对应成像区域,求出该区域平均高度作为参考高度。利用参考高度、展开相位及计算的理论干涉相位估计出相位偏置,完成实时DEM反演。实测InSAR数据处理结果表明,该方法的反演精度较高。   分析各误差源造成的实时DEM误差,给出了系统总高程精度。分析机载双天线干涉SAR实时处理算法的实时性,结合算法的特点及高性能处理模块的性能给出了算法的硬件实现方案。
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