本文關鍵詞： 相位解纏 質量圖 多視處理 容積卡爾曼濾波 多參考點　出處：《中國礦業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：合成孔徑雷達干涉測量(In SAR)具有全天候、全天時、高效率獲取目標區(qū)域數字高程模型(DEM)的能力,已廣泛應用在地形測繪、地表形變監(jiān)測、目標探測等領域。作為In SAR技術中的一個關鍵環(huán)節(jié)之一,相位解纏的成功與否直接關系到提取的目標高程信息的準確性,因此一直是In SAR技術應用研究的熱點和難點。本文研究了適用于條紋密集、噪聲水平高的干涉圖的相位解纏方法及其影響該類算法解纏結果的關鍵問題,包括卡爾曼濾波相位解纏的非線性模型、噪聲去除以及質量圖選取對相位解纏結果的影響、質量不連續(xù)干涉圖的解纏方法及一些改進技術和策略等。取得的主要研究成果如下:(1)對基于卡爾曼濾波的相位解纏方法進行了較為深入的研究。對解纏模型中的重要參數—相位梯度估計做了較詳細的介紹并研究了影響相位梯度估計精度的因素,指出了梯度估計過程中較合理的參數設置方法。針對相位解纏模型中狀態(tài)方程呈線性、觀測方程呈非線性的特點,提出了一種簡化的容積卡爾曼濾波(Cubature Kalman Filtering,CKF)相位解纏算法。與無跡卡爾曼濾波(Unscented Kalman Filter,UKF)算法相比,減少了狀態(tài)預測步驟的計算量,簡化了粒子選取時的參數設置。模擬和實測數據表明基于卡爾曼濾波的相位解纏方法在對條紋密度大噪聲水平高的干涉圖進行相位展開時具有明顯優(yōu)勢。對擴展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter,EKF)、UKF、CKF相位解纏模型中非線性函數的估計精度進行了理論分析,指出當?(28)0時,UKF及CKF相位解纏精度相同;在相位質量較好的區(qū)域,EKF和CKF相位解纏的精度相當;在相位質量較差的區(qū)域,兩者的精度表現出了一定的差異。實驗結果符合理論分析結果。(2)研究了多視和預濾波處理對CKF相位解纏結果的影響。對于大噪聲密條紋干涉圖,采用多視和預濾波可以去除噪聲提高信噪比,但容易損失條紋細節(jié)信息,而基于CKF的相位解纏方法本身具有去噪功能。基于這些特征,提出采用盡量小的視數,輕微的預濾波技術等策略來取得既保留條紋細節(jié)信息又可有效去除噪聲的效果。實驗表明,視數采用可以成功形成干涉圖的視數,預濾波的程度采用遠小于傳統(tǒng)解纏方法要求的預濾波程度即可取得比較滿意的解纏結果。(3)研究了質量圖選取對CKF相位解纏結果的影響。通過對已有的五種指導相位解纏路徑跟蹤的質量圖指標進行分析、比較、實驗,得出同時考慮像元的相干信息和空間相似信息的Fisher Distance(FD)指標整體性能比較魯棒,尤其對于噪聲較高,地物覆蓋類型復雜的實測數據形成的干涉圖,FD指標引導的解纏結果具有明顯優(yōu)勢。針對原有FD信息只考慮當前像元與周圍八個像元的相似程度而忽略了周圍相鄰像元之間的相似性這一特點,提出了一種改進的FD質量圖指標。該指標綜合了當前像元與周圍八個像元的所有相鄰像元的相似性信息,理論上信息更全面。模擬數據和實測數據實驗結果均表明改進的質量圖可以更有效地避免解纏行為過早穿過噪聲嚴重區(qū)域導致的過多像元相位展開精度下降。(4)提出了一種針對不連續(xù)質量圖的多參考點相位解纏策略,建立了一整套多參考點選取方法,解決了參考點不足導致的高質量區(qū)卻得到低精度解纏結果這一問題。該策略的解纏行為不是在各區(qū)域同時且獨立地進行,而是從幾個解纏區(qū)域的所有鄰接像元中尋找質量最高的像元,依次只解纏一個像元。對于提出的參考點選取方法,首先依據區(qū)域劃分理論把質量圖劃分為質量高和低兩種等級,依據較少參考點的解纏順序圖,結合質量高低圖,獲得孤立的高質量區(qū),然后在孤立的高質量區(qū)增選參考點,得到新的解纏順序圖,依此迭代,直到較大面積孤立的高質量區(qū)消失。模擬和實測數據均表明所提出的方法可行有效。
[Abstract]:Interferometric synthetic aperture radar (In SAR) has the advantages of all-weather, all day long, efficient access to regional digital elevation model (DEM) target ability, has been widely used in topographic surveying, deformation monitoring, field target detection. As one of the key links of In SAR technology, phase unwrapping and success it is directly related to the extraction of target elevation information accuracy, so it has been a hot and difficult research on Application of In SAR technology. In this paper is suitable for dense fringes, the interferogram noise level of the solution of the key problem of high unwrapping method and its influence the algorithm of phase unwrapping results, including nonlinear model Calman filtering phase unwrapping the noise removal and quality map selection effect on the wrapped phase, the quality of continuous interference phase unwrapping method of graphs and some improved techniques and strategies. The main research achievements are as follows: (1) The phase unwrapping method based on Calman filter is studied. The unwrapping is an important parameter in the model of phase gradient estimation are introduced in detail and studied the factors affecting accuracy estimation of phase gradient, pointed out that the gradient estimation parameters in the process of setting a reasonable method for phase unwrapping state. A linear equation model, the observation equation is nonlinear characteristics, this paper proposes a simplified volume filter (Cubature Kalman Calman Filtering, CKF) phase unwrapping algorithm and unscented filtering. Calman (Unscented Kalman Filter UKF) algorithm, reduces the computation state prediction step, simplifies the parameter selection of particles set up. Simulation and measured data show that the phase unwrapping based on Calman filter method in phase unwrapping of the interferogram fringe density at high noise level has significant advantages. The extended Calman filter (Extended Kalman, Filter, EKF, UKF, CKF) phase estimation accuracy bound nonlinear function model in the theoretical analysis, pointed out that when? (28) 0, UKF and CKF phase unwrapping accuracy in the same area; good quality of EKF phase, and CKF phase unwrapping accuracy is in poor quality; phase region, the accuracy of both showed some differences. The experimental results accord with the theoretical analysis results. (2) studied multi view and pre filtering effect on CKF phase. The bound for large dense noise interference fringe, using multi view and pre filtering can remove noise to improve the signal-to-noise ratio, but easy to lose stripe details, and CKF phase unwrapping method has denoising function. Based on these features, using as little as the number of pre filtering technology to achieve the strategy of minor is retained and there are fringe details Effect of noise removal effect. Experimental results show that the number of the interference can be successfully formed as visual map, pre filtering used far less than traditional unwrapping method requires pre filtering degree can obtain unwrapping results satisfactory. (3) studied the quality map selection effect on CKF phase. The unwrapped by five kinds of phase unwrapping guidance on existing index quality map path tracking analysis, comparison, experiment, obtained considering the pixel coherence information and spatial similarity information of Fisher Distance (FD) index of the overall performance is relatively robust, especially for high noise, interference pattern of land cover data type complex formation, winding it has the advantage of solution guided FD index. Based on the original FD information only consider the similarity of the current pixel and around eight pixels while ignoring the adjacent pixel similarity of this feature,. A kind of improved FD index. The index of comprehensive quality map similarity information of all the current pixel and the adjacent pixels around eight pixels, more comprehensive information theory. The simulation data and the experimental results show that the measured data quality map improvement can effectively avoid premature behavior through unwrapping area leads to serious noise the multi pixel phase unwrapping accuracy decreased. (4) proposed a multiple reference points for continuous quality map of phase unwrapping strategy, the establishment of a set of multiple reference point selection method, solve the high quality reference point has been low due to the lack of precision of the unwrapping results. The problem around the behavior of solutions this strategy is not in all regions simultaneously and independently, looking for the best quality of all adjacent pixels from the pixel but few unwrapping in regions that are only unwrapping a pixel. For the selected reference point. The first method, on the basis of the regional division theory of the quality of high and low quality graph was divided into two levels, according to the sequence diagram solution less wrapped around the reference point, combined with the quality of map, get high quality area isolated, and then co opted in isolated high quality reference point, get the unwrapping sequence diagram, this new iteration. High quality large area disappear until isolated. Simulated and measured data show that the proposed method is feasible and effective.

【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P237

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本文編號：1554256