基于分块策略的TS-InSAR大气相位滤波方法技术

本发明专利技术提供了一种基于分块策略的TS‑InSAR大气相位滤波方法，包括：将原始SAR影像数据均分为数据块并统计永久散射点信息；以数据块为中心选取中心数据块组，基于设定的滤波参数和永久散射点信息，计算中心数据块组的中心滤波值和邻域滤波值，基于中心滤波值和领域滤波值得到永久散射点的滤波值。本发明专利技术的不需要每个永久散射点都重复计算滤波值，大大提高了滤波效率；精确滤波方法与近似滤波方法相结合，在极大提升速度的同时可以保证很高的精度；对不同滤波半径和不同的数据类型都可以很好适应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及干涉合成孔径雷达
，是一种基于分块策略的TS-InSAR大气相位滤波方法。
技术介绍
将合成孔径雷达技术应用于地表形变监测，最早提出的理论是重轨差分干涉技术，然而受制于时间和空间去相干以及不同时刻大气波动的影响，重轨差分干涉技术用于地表形变监测受到很大限制，正是由于这些限制使应用传统的重轨差分技术的干涉合成孔径雷达(InSAR)很难达到理想的米级数字高程模型(DEM)和毫米级形变监测，为了解决这些问题，时间序列干涉技术(TS-InSAR)应运而生，其应用有限数量的相干性较强的相干目标，也即永久散射体(permanent scatterer，PS)，这些PS点形成一个“天然”的角反射器网，可以有效地克服时间和空间去相关以及大气相位的影响，真正获取米级数字高程模型(DEM)和毫米级地表形变数据。同时，由于PS点不受时间和空间去相关的影响，使得SAR影像数据突破了原有的时间和空间基线的限制，可利用的SAR影像数量大大增加，极大的提升了数据利用率，也为不同SAR影像数据的集成提供了条件。而时间序列干涉技术的一个关键问题就是从残余相位中提取由于大气波动所产生的相位，从而在差分相位中去除这一大气相位，获得高精度的非线性形变相位。目前从残余差分干涉相位中获取大气相位的一般方式是相位滤波技术。利用大气相位的时域高度不相关，即高频特性，空域高度自相关，即低频特性。在时间域高通滤波，空间域低通滤波，获取大气相位。而对于传统的加权均值空域滤波技术，耗时长，计算量大，随着精度要求的提升，时间复杂度将急剧增加，而且存在着大量的冗余运算，图像尺寸越大，运算效率越低，这些不可忽略的重要缺点严重制约其应用。例如对于一个具有56幅图像，图像尺寸较小，为400(距离向)×1500(方位向)，具有14190个PS点的时间序列来说，传统不分块方法的滤波时间为20s左右。而实际中图像是以景为单位的，每景图像的方位向和距离向采样点可达到数万量级，PS点个数达到几十万，使用传统
方法滤波时间达到小时量级甚至几天，针对灾害预警或天气状况预报，远远不能达到灾害预警和天气状况预报的实时性和精确性要求。总之，现有的相位滤波技术还存在时间复杂度高，运算量大，冗余运算多等缺点，因此急需要开发一种针对大批量大场景SAR影像数据的快速，高精度，大气相位滤波技术。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术问题，本专利技术提供了一种基于分块策略的TS-InSAR大气相位滤波方法。(二)技术方案本专利技术提供了一种基于分块策略的TS-InSAR大气相位滤波方法，包括：步骤A：将原始SAR影像数据均分为数据块；步骤B：统计数据块内的永久散射点信息；步骤C：以一数据块为中心选取中心数据块组，基于设定的滤波参数和永久散射点信息，计算所述中心数据块组的中心滤波值；步骤D：基于设定的滤波参数和永久散射点信息，计算以所述数据块为中心的中心数据块组的邻域滤波值；步骤E：对SAR影像内所有数据块执行步骤C、D，并将中心滤波值和邻域滤波值存储到以每一数据块为中心的中心数据块组的滤波值数组；以及步骤F：基于永久散射点所在的数据块为中心的中心数据块组的滤波值数组，由该滤波值数组的中心滤波值和领域滤波值，得到永久散射点的滤波值。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的基于分块策略的TS-InSAR大气相位滤波方法具有以下有益效果：(1)速度快；相对于传统滤波方法，本方法利用分块策略，将数据块的中心滤波值和邻域滤波值在滤波前计算出来，滤波时只需要将二者累加即可，不需要每个永久散射点都重复计算滤波值，大大提高了滤波效率，速度提升近10倍；(2)精度高；本专利技术针对滤波窗口内的中心数据块组，采用精确的滤波方法，为了提升速度，针对中心数据块组对应的邻域数据块采用近似滤波方法，由于窗口中心权重较大，边缘权重较小，故邻域数据块由于近似所产生的误差非常小，可以
忽略，故本专利技术在极大提升速度的同时可以保证很高的精度；(3)鲁棒性好；针对不同滤波半径都能很好的适应，当滤波半径小于20(距离向)时，本专利技术可以自适应减小数据块尺寸，保证滤波精度，针对不同的数据类型(实数、复数)，本专利技术依然可以很好适应。附图说明图1为本专利技术实施例的基于分块策略的TS-InSAR大气相位滤波方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供了一种基于分块策略的TS-InSAR大气相位滤波方法，其具体包括：步骤A：将原始SAR影像数据均分为数据块。利用分块策略，将数据块的中心滤波值和邻域滤波值在滤波前计算出来，后续滤波时只需要将二者累加即可，不需要每个永久散射点都重复计算滤波值，能够大大提高滤波效率，实验表明速度能够提升近10倍。步骤A具体包括：对于多幅原始SAR影像数据中的每一幅影像数据，将该幅影像数据均分为尺寸相同的数据块。对多幅原始SAR影像数据，首先根据原始SAR影像的尺寸，将每幅原始SAR影像数据分成若干尺寸相同的数据块，也即对图像进行均匀网格划分，每一网格对应一个数据块，并对每一数据块编号，编号的顺序为由左到右，由上到下。其中，尺寸相同的数据块是指距离向点数和方位向点数均相同的数据块。
为了保证足够的滤波精度，增强方法的鲁棒性，数据块的尺寸与后续选取的滤波半径成正比；优选地，数据块的大小为距离向7×方位向35或者距离向6×方位向30。步骤B：统计数据块内的永久散射点信息。步骤B具体包括：对一数据块进行遍历，识别永久散射点并统计该数据块的永久散射点信息，由此得到所有原始SAR影像数据的所有数据块的永久散射点信息。优选地，对数据块进行遍历是指逐行遍历数据块的方位向的点；或者逐列遍历数据块的距离向的点。优选地，该数据块的永久散射点信息包括该数据块内的永久散射点的数量、每一永久散射点的残余相位值和位置信息。优选地，通过相干系数阈值法、振幅阈值法或相位离差阈值法识别数据块永久散射点。步骤C：以一数据块为中心选取中心数据块组，基于设定的滤波参数和永久散射点信息，计算中心数据块组的中心滤波值。步骤C具体包括：子步骤C1：以该数据块为中心的(2X-1)×(2X-1)个数据块组成中心数据块组，所述X≥2，优选2或3，其中，该数据块作为中心块，中心数据块组除中心块以外的其他数据块为周边块。子步骤C2：将中心块内的一永久散射点作为滤波半径为R的滤波窗口的滤波中心。其中，该滤波半径R大于数据块距离向点数和方位向点数中的至少一个，使得滤波窗口涵盖多个数据块。子步骤C3：计算中心块和周边块的所有永久散射点的权重值。其中，永久散射点的权重值与其位置信息有关，即永久散射点和滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分块策略的TS‑InSAR大气相位滤波方法，其特征在于，包括：步骤A：将原始SAR影像数据均分为数据块；步骤B：统计数据块内的永久散射点信息；步骤C：以一数据块为中心选取中心数据块组，基于设定的滤波参数和永久散射点信息，计算所述中心数据块组的中心滤波值；步骤D：基于设定的滤波参数和永久散射点信息，计算以所述数据块为中心的中心数据块组的邻域滤波值；步骤E：对SAR影像内所有数据块执行步骤C、D，并将中心滤波值和邻域滤波值存储到以每一数据块为中心的中心数据块组的滤波值数组；以及步骤F：基于永久散射点所在的数据块为中心的中心数据块组的滤波值数组，由该滤波值数组的中心滤波值和领域滤波值，得到永久散射点的滤波值。

【技术特征摘要】
1.一种基于分块策略的TS-InSAR大气相位滤波方法，其特征在于，包括：步骤A：将原始SAR影像数据均分为数据块；步骤B：统计数据块内的永久散射点信息；步骤C：以一数据块为中心选取中心数据块组，基于设定的滤波参数和永久散射点信息，计算所述中心数据块组的中心滤波值；步骤D：基于设定的滤波参数和永久散射点信息，计算以所述数据块为中心的中心数据块组的邻域滤波值；步骤E：对SAR影像内所有数据块执行步骤C、D，并将中心滤波值和邻域滤波值存储到以每一数据块为中心的中心数据块组的滤波值数组；以及步骤F：基于永久散射点所在的数据块为中心的中心数据块组的滤波值数组，由该滤波值数组的中心滤波值和领域滤波值，得到永久散射点的滤波值。2.如权利要求1所述的TS-InSAR大气相位滤波方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：子步骤C1：以该数据块为中心的(2X-1)×(2X-1)个数据块组成中心数据块组，该数据块作为中心块，中心数据块组除中心块以外的其他数据块为周边块，所述X为自然数；子步骤C2：将中心块内的一永久散射点作为滤波半径为R的滤波窗口的滤波中心；子步骤C3：计算中心块和周边块的所有永久散射点的权重值；子步骤C4：基于中心块和周边块的所有永久散射点的权重值和残余相位值，计算该永久散射点的中心数据块组滤波值；以及子步骤C5：对中心块内的每一永久散射点执行子步骤C2、C3和C4，得到该中心块内的所有永久散射点的中心数据块组滤波值，作为该中心数据块组的中心滤波值，并存储至中心数据块组的滤波值数组中。3.如权利要求2所述的TS-InSAR大气相位滤波方法，其特征在于，所述子步骤C3具体包括：中心块内第k个永久散射点的权重值为其中，rk为中心块内第k个永久散射点与滤波中心的距离值；第i个周边块内第j个永久散射点的权重值为其中，ri，j为第i个周边块内第j个永久散射点与滤波中心的距离值。4.如权利要求3所述的TS-InSAR大气相位滤波方法，其特征在于，所述子步骤C4具体包括：该永久散射点的中心块组滤波值其中，K为中心块的永久散射点数量；Q(k)和k∈[1，2，...，K]，分别为中心块的永久散射点的残余相位值和权重值；I为周边块的数量；Ji为第i个周边块的永久散射点数量；Q(i，j)和i∈[1，2，...，I]，j∈[1，2，...，Ji]，分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金宝，吕孝雷，罗伦，雷斌，李缘廷，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，中国交通通信信息中心，
类型：发明
国别省市：北京;11