星载SAR非沿迹模式差分干涉形变测量方法技术

本发明专利技术公开了一种星载SAR非沿迹模式差分干涉形变测量方法。本发明专利技术建立了非沿迹场景下的重轨干涉成像处理模型，实现对非沿迹局部地形的干涉相位处理和地形测量反演。本发明专利技术主要针对星载非沿迹SAR构型下基于三轨测量法利用重轨干涉能力进行地形形变测量问题提出设计方案，填补非沿迹局部地形形变测量能力的不足。足。足。

【技术实现步骤摘要】
星载SAR非沿迹模式差分干涉形变测量方法


[0001]本专利技术涉及合成孔径雷达
，具体涉及一种星载SAR非沿迹模式差分干涉形变测量方法。

技术介绍

[0002]非沿迹成像模式是星载SAR(Synthetic Aperture Radar,SAR)的一种特有的工作模式。相对于传统星载SAR成像模式，星载SAR非沿迹成像模式通过卫星天线连续调整俯仰维和方位维两维波束指向，生成沿目标地形走向匹配的测绘带，使得其在对某些非沿卫星航迹地形场景。该成像模式下可获得比传统模式更短的观测耗时、更优的方位分辨、更少的无效数据和更高的数据存储与处理效率，能够显著提高星载SAR对局部地形非沿迹走向场景的观测效率。
[0003]合成孔径雷达差分干涉测量技术(Differential InSAR,D
‑
InSAR)是以合成孔径雷达复数影像的相位信息获取地表变化信息的技术，是合成孔径雷达卫星应用的一个拓展。利用卫星生成的合成孔径雷达的差分干涉图可用于监测厘米级或更微小的地球表面形变。通常利用形变前后两次时序间的地形形变信息可以通过三次航过成像形成的干涉测量数据获取(三轨测量法)，也可以通过两次航过成像形成的干涉测量数据与已知的发生形变前观测区域的地形数据进行干涉图差分处理获取(二轨测量法)。
[0004]目前的星载差分干涉形变测量大多是基于现有的星载正侧视或小斜视条带观测模式获得的SAR图像。传统方法进行重轨差分干涉观测设计中没有对观测波束指向机动加以考虑，还不具备对非沿卫星航迹地形场景进行形变测绘的能力。而在非沿迹成像模式下，可以利用非沿迹的波束空变能力和高观测效率优势来设计重轨差分干涉形变测量构型。目前还没有针对非沿迹成像观测模式获取多轨SAR图像进行非沿迹局部地形形变前后的差分干涉测量研究工作，也没有先验的非沿迹区域地形DEM作为辅助数据。因此有必要研究拓展非沿迹模式下的差分干涉形变测量能力，对非沿迹成像观测模式下针对InSAR处理的难点问题进行进一步研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对在非沿迹成像模式下，受斜视几何构型、重轨基线参数、观测场景空变、和卫星天线波束指向空变等影响，构成的重轨干涉基线可能存在波束视角不一致导致干涉去相干等问题，无法直接应用传统星载SAR正侧视成像模式的差分干涉处理方法进行地形形变测量，提供了一种星载SAR非沿迹模式差分干涉形变测量方法，能够实现星载非沿迹模式对曲线成像带地形重轨干涉处理任务。
[0006]本专利技术的星载SAR非沿迹模式差分干涉形变测量方法，包括：
[0007]步骤1，根据待测量的非沿迹地形区域，确定观测历程中下视角的最大值和最小值、场景斜角和非沿迹观测角；
[0008]步骤2，规划三轨重访基线并设计三轨重轨构型下的波位指向；其中，第一轨为主
轨道；第二轨和第三轨是第一轨的干涉重访轨道，第二轨构成测量高程的干涉长基线，第三轨构成测量形变后形变信息的干涉短基线；第二轨和第三轨的观测波束指向变化设计同第一轨的观测波束指向变化设计一致，保证干涉图像对间的多普勒中心频率差异最小；
[0009]步骤3，根据形变前后时序，分别选取第一轨和第二轨形变前的非沿迹区域观测数据、第三轨形变后的非沿迹区域观测数据进行非沿迹时域成像，得到主影像、从影像I和从影像II；
[0010]步骤4，将主影像和从影像I组成地形图像对，主影像和从影像II组成形变图像对，分别对两组图像对进行预滤波和几何配准处理；
[0011]步骤5，对地形图像对和形变图像对分别进行干涉相位生成和平地相位处理后，再分别进行相位滤波处理，随后进行相位解缠处理恢复缠绕相位，得到两对干涉图像差分生成形变相位图；
[0012]步骤6，基于系统参数，对两对干涉图像差分生成形变相位图进行相位转形变信息和地理编码处理，得到非沿迹区域的地表形变信息。
[0013]较优的，所述步骤2中，首先根据波足走向，在待测量的非沿迹地形区域延展方向选取地面参考点，生成主轨道基线；然后控制两次重轨观测的波束指向变化范围和主轨道地形观测范围的多普勒中心频率的一致性，保证第二轨和第三轨非沿迹观测的波位覆盖的重叠区域满足干涉测量能力需求和相干性约束，第二轨选取干涉长基线，第三轨选取干涉短基线。
[0014]较优的，首先根据系统带宽B，目标斜距R，波束斜视角波束下视角θ，地形坡度η，波长λ，光速c计算重轨干涉
[0015]垂直临界基线B
⊥
crit
如下：
[0016][0017]则空间基线去相干系数为：
[0018][0019][0020]其中，B
⊥
为垂直基线，B
⊥
crit
为垂直临界基线，ρ
r
为距离向分辨率；
[0021]方位多普勒中心去相干系数为：
[0022][0023]其中，ρ
a
为方位向分辨率，dφ为两次航过方位波束对目标场景的旋转视角差，Δf
DC
为干涉对数据方位向多普勒频偏，W
Dop
为方位多普勒空间谱宽；
[0024]系统信噪比去相干为：
[0025][0026]其中，SNR表示系统信噪比：
[0027]则总相干系数为
[0028]γ
total
＝γ
baseline
·
γ
D
·
γ
SNR
[0029]根据总相干系数优选第二轨和第三轨的重轨干涉基线；其中，第二轨选取干涉长基线，第三轨选取干涉短基线。
[0030]较优的，将重轨的有效基线控制在临界基线约束范围的10～20％以内。
[0031]较优的，所述步骤3中，采用基于时域保相后向投影算法进行非沿迹成像。
[0032]较优的，所述步骤4中，分别对两组图像对进行预滤波，所述预滤波具体如下：
[0033]首先计算重轨观测下在距离向和方位向频谱偏移量：
[0034][0035][0036]其中，Δf
r
、Δf
a
分别为距离向频谱偏移量和方位向偏频谱移量；η
r
为距离向地形坡度；f
d1
及f
d2
分别为两轨成像图像的方位中心频率；v
g
为波足速度，η
a
为方位向地形；
[0037]然后通过频谱截取，将非公共频谱滤除，保留频谱的公共区间，完成预滤波。
[0038]较优的，所述步骤4中，分别对两组图像对进行几何配准处理，所述几何配准处理包括几何粗配准、像素级配准和亚像素级配准；其中，粗配准具体为：首先通过主卫星的星历数据内插得到其运行轨迹，并选取主图像中的控制点，经前向地理编码，得到其地理坐标；之后通过同样的拟合方法得到从图像卫星的运行轨迹，将该控制点经后向地理编码获得其在从图像中的影像坐标；然后将两图像中的影像坐标相减即可获得方位向及距离向上的偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载SAR非沿迹模式差分干涉形变测量方法，其特征在于，包括：步骤1，根据待测量的非沿迹地形区域，确定观测历程中下视角的最大值和最小值、场景斜角和非沿迹观测角；步骤2，规划三轨重访基线并设计三轨重轨构型下的波位指向；其中，第一轨为主轨道；第二轨和第三轨是第一轨的干涉重访轨道，第二轨构成测量高程的干涉长基线，第三轨构成测量形变后形变信息的干涉短基线；第二轨和第三轨的观测波束指向变化设计同第一轨的观测波束指向变化设计一致，保证干涉图像对间的多普勒中心频率差异最小；步骤3，根据形变前后时序，分别选取第一轨和第二轨形变前的非沿迹区域观测数据、第三轨形变后的非沿迹区域观测数据进行非沿迹时域成像，得到主影像、从影像I和从影像II；步骤4，将主影像和从影像I组成地形图像对，主影像和从影像II组成形变图像对，分别对两组图像对进行预滤波和几何配准处理；步骤5，对地形图像对和形变图像对分别进行干涉相位生成和平地相位处理后，再分别进行相位滤波处理，随后进行相位解缠处理恢复缠绕相位，得到两对干涉图像差分生成形变相位图；步骤6，基于系统参数，对两对干涉图像差分生成形变相位图进行相位转形变信息和地理编码处理，得到非沿迹区域的地表形变信息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，首先根据波足走向，在待测量的非沿迹地形区域延展方向选取地面参考点，生成主轨道基线；然后控制两次重轨观测的波束指向变化范围和主轨道地形观测范围的多普勒中心频率的一致性，保证第二轨和第三轨非沿迹观测的波位覆盖的重叠区域满足干涉测量能力需求和相干性约束，第二轨选取干涉长基线，第三轨选取干涉短基线。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，首先根据系统带宽B，目标斜距R，波束斜视角波束下视角θ，地形坡度η，波长λ，光速c计算重轨干涉垂直临界基线B
⊥
crit
如下：则空间基线去相干系数为：则空间基线去相干系数为：其中，B
⊥
为垂直基线，B
⊥
crit
为垂直临界基线，ρ
r
为距离向分辨率；方位多普勒中心去相干系数为：
其中，ρ
a
为方位向分辨率，dφ为两次航过方位波束对目标场景的旋转视角差，Δf
DC
为干涉对数据方位向多普勒频偏，W
Dop
为方位多普勒空间谱宽；系统信噪比去相干为：其中，SNR表示系统信噪比：则总相干系数为γ
total
＝γ
baseline
·
γ
D
·
γ
SNR
根据总相干系数优选第二轨和第三轨的重轨干涉基线；其中，第二轨选取干涉长基线，第三轨选取干涉短基线。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将重轨的有效基线控制在临界基线约束范围的10～20％以内。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，采用基于时域保相后向投影算法进行非沿迹成像。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，丁泽刚，张鹏程，王震，曾涛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：