一种地基SAR非线性大气相位补偿方法技术

本发明专利技术提供一种地基SAR非线性大气相位补偿方法，具体过程为：一、采用幅度离差法对多幅地基SAR图像进行PS点的选择；二、建立三角网连接所有的PS点，根据相邻PS点的差分相位序列的标准差，利用预设的标准差门限，剔除噪声PS点；三、采用对剩余的PS点进行子区域划分，根据相邻子区域的差分相位序列的标准差，选择出形变子区域，进一步剔除形变PS点；四、采用对稳定PS点进行子区域划分，进行空间插值估计所有PS点的大气相位，并对干涉相位图进行大气相位补偿。本发明专利技术能够实现对地基SAR干涉相位图中的非线性大气相位分量的有效补偿。

A nonlinear atmospheric phase compensation method for ground-based SAR

【技术实现步骤摘要】
一种地基SAR非线性大气相位补偿方法
本专利技术属于合成孔径雷达
，具体涉及一种地基SAR非线性大气相位补偿方法。
技术介绍
作为一种高精度的形变测量仪器，地基SAR(合成孔径雷达，SyntheticApertureRadar)已经在形变监测领域得到了广泛的应用。地基SAR通常是基于差分干涉测量技术，通过对同一位置、不同时刻获取的两幅SAR图像进行差分干涉处理，基于相位信息来实现形变测量，一般工作在X或者Ku波段，形变测量精度可以达到毫米或者亚毫米量级。地基SAR测量误差的主要来源之一是大气相位，由于不同时刻气象条件的不同，电磁波在大气中传播的速度会发生改变，从而导致大气延时误差。现阶段地基SAR领域的大气相位补偿方法主要分为三种。第一种方法是在雷达观测场景内建立气象站，基于大气折射率模型，利用气象数据(温度、湿度、大气压等)来对大气相位进行定量估计。第二种方法是在场景中人共布设一些高度稳定的参考目标，采用空间插值的方法实现对整幅图像的大气相位的估计与补偿。第三种则是基于PS(永久散射体，PermanentScatterer)技术，根据大气相位的空间分布特征，建立描述大气相位的方程，并估计大气相位参数，实现大气相位的补偿。在基于PS技术进行大气参数估计时，首先要对大气相位建立合理的多参数模型，一般情况下，大气在空间上均匀变化，可以将大气相位建模为随斜距线性变化的分量。然后基于所有PS点的斜距、方位角、干涉相位等参数建立方程组，并对大气参数进行粗估计，此后剔除与模型偏差较大的PS点，基于剩余的PS点重新估计大气参数。该方法不需要气象参数及布设参考点，可以基于大量的PS点进行大气参数的估计，估计精度较高。基于PS技术的大气相位补偿方法，已经在地基SAR领域得到了广泛的应用，通常可以有效地补偿差分干涉相位图中的大气相位分量。但在采用地基SAR进行长期实时形变测量时，气象条件一直在随时间改变，大气相位的时变性很强，可能受到降雨、降雪、刮风等的影响，大气在空间上非均匀变化，导致大气相位在干涉图中可能表现出复杂的非线性。常规的基于PS技术的大气相位补偿方法无法对部分干涉图进行有效的补偿。综上所述，针对地基SAR在长期实时形变测量时，部分干涉相位图中大气相位可能表现出复杂的非线性，导致常规的基于PS技术的补偿方法无法有效补偿的问题，有必要开展地基SAR非线性大气相位补偿方法的研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种地基SAR非线性大气相位补偿方法，能够实现对地基SAR干涉相位图中的非线性大气相位分量的有效补偿。实现本专利技术的技术方案如下：一种地基SAR非线性大气相位补偿方法，具体过程为：一、采用幅度离差法对多幅地基SAR图像进行PS点的选择；二、建立三角网连接所有的PS点，根据相邻PS点的差分相位序列的标准差，利用预设的标准差门限，剔除噪声PS点；三、采用对剩余的PS点进行子区域划分，根据相邻子区域的差分相位序列的标准差，选择出形变子区域，进一步剔除形变PS点；四、采用对剩余的PS(稳定PS点)点进行子区域划分，进行空间插值估计所有PS点的大气相位，并对干涉相位图进行大气相位补偿。进一步地，本专利技术步骤二中，所述相邻PS点的差分相位序列的标准差表示为：其中，表示PS点m和n的差分形变相位序列的标准差，表示PS点n噪声相位分量的标准差，表示PS点m噪声相位分量的标准差。进一步地，本专利技术当一个PS点存在多个相邻PS点时，则计算其与各相邻PS点的差分相位序列的标准差，然后取均值作为该PS点的差分相位序列的标准差。进一步地，本专利技术所述标准差门限0.15rad。进一步地，本专利技术所述步骤三中所述根据相邻子区域的差分相位序列的标准差，选择出形变子区域，进一步剔除形变PS点的具体过程为：基于子区域的中心构建Delaunay三角网，将一条边上相连的两个子区域定义为临近子区域，对每一对临近子区域的平均相位序列进行差分处理，并计算差分序列的相位标准差，定义为临近子区域标准差NDSR；设置临近子区域标准差门限值为0.1rad；首先将临近子区域标准差NDSR大于门限值0.1rad时的子区域确定为形变子区域，然后根据所述形变子区域中心点构成的最小外接多边形，将处在该多边形内部的子区域同样确定为形变子区域，处在每一个形变子区域范围内的PS点即为形变PS点。进一步地，本专利技术所述步骤四的具体过程为：首先，采用K-means算法，对稳定PS点重新进行子区域划分；其次，对于每一幅干涉图，分别对各个子区域中的稳定PS点进行相位平均；最后，基于各个子区域的中心构建Delaunay三角网，分别采用基于Delaunay三角网的逐点内插算法，进行空间插值获取每一个PS点的大气相位，并对每一幅干涉图分别进行大气相位补偿。有益效果本专利技术通过对多幅地基SAR图像进行PS点选择，利用大气相位、噪声相位和形变相位的空间分布特性的差异，区分出噪声PS点、形变PS点和稳定PS点，然后基于稳定PS点实现了对干涉相位图中的大气相位分量的有效补偿。该方法既可以有效补偿良好天气条件下的干涉相位图中的线性大气相位，又可以有效补偿降雨、降雪等较差天气条件下的干涉相位图中的非线性大气相位。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为Delaunay三角网示意图。图3为子区域划分示意图。图4为形变子区域选择示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本专利技术提供了一种地基SAR非线性大气相位补偿方法，如图1所示，包括以下步骤：一、采用幅度离差法对多幅地基SAR图像进行PS点的选择；二、建立三角网连接所有的PS点，根据相邻PS点的差分相位序列的标准差，利用预设的标准差门限，剔除噪声PS点；三、采用对剩余的PS点进行子区域划分，根据相邻子区域的差分相位序列的标准差，选择出形变子区域，进一步剔除形变PS点；四、采用对剩余的PS(稳定PS点)点进行子区域划分，进行空间插值估计所有PS点的大气相位，并对干涉相位图进行大气相位补偿。下面对该方法的每一步骤进行详细说明：步骤一、PS点选择基于两幅地基SAR图像获取一幅差分干涉相位图，由于受到系统热噪声、大气扰动等非理想因素的影响，干涉相位图中部分像素点的相位质量很低，通常选择出PS点来进行形变分析。在差分干涉SAR领域，通常采用幅度离差法来进行PS点的选择。幅度离差法通过对一个像元在多幅时序SAR图像中的幅度稳定性的估计来选择PS点，用来PS点选择的SAR图像数量一般不少于20幅。一个像素点的幅度离差值DA的计算公式为DA＝σA/mA(1)其中，σA和mA分别表示像素点幅度时间序列的标准差和均值。通过对DA设置一定的阈值DT，即可以实现PS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地基SAR非线性大气相位补偿方法，其特征在于，具体过程为：/n一、采用幅度离差法对多幅地基SAR图像进行PS点的选择；/n二、建立三角网连接所有的PS点，根据相邻PS点的差分相位序列的标准差，利用预设的标准差门限，剔除噪声PS点；/n三、采用对剩余的PS点进行子区域划分，根据相邻子区域的差分相位序列的标准差，选择出形变子区域，进一步剔除形变PS点；/n四、采用对剩余的PS点进行子区域划分，进行空间插值估计所有PS点的大气相位，并对干涉相位图进行大气相位补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种地基SAR非线性大气相位补偿方法，其特征在于，具体过程为：
一、采用幅度离差法对多幅地基SAR图像进行PS点的选择；
二、建立三角网连接所有的PS点，根据相邻PS点的差分相位序列的标准差，利用预设的标准差门限，剔除噪声PS点；
三、采用对剩余的PS点进行子区域划分，根据相邻子区域的差分相位序列的标准差，选择出形变子区域，进一步剔除形变PS点；
四、采用对剩余的PS点进行子区域划分，进行空间插值估计所有PS点的大气相位，并对干涉相位图进行大气相位补偿。


2.根据权利要求1所述地基SAR非线性大气相位补偿方法，其特征在于，步骤二中，所述相邻PS点的差分相位序列的标准差表示为：



其中，表示PS点m和n的差分形变相位序列的标准差，表示PS点n噪声相位分量的标准差，表示PS点m噪声相位分量的标准差。


3.根据权利要求1所述地基SAR非线性大气相位补偿方法，其特征在于，当一个PS点存在多个相邻PS点时，则计算其与各相邻PS点的差分相位序列的标准差，然后取均值作为该PS点的差分相位序列的标准差。


4.根据权利要求3所述地基SAR非线性大气相位补偿方法，其特征在于，所述标准差门限0.15rad。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡程，田卫明，邓云开，曾涛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11