本文關(guān)鍵詞：多基線干涉SAR高程反演研究

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【摘要】：合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量是快速、大面積獲取目標(biāo)區(qū)域DEM的重要手段,多基線干涉SAR測(cè)量技術(shù)無(wú)需相位解纏、無(wú)需控制點(diǎn)支持,極大地提升了干涉SAR的性能。但是,目前的多基線干涉SAR算法大部分采用近似幾何模型,結(jié)果精度較低,并且計(jì)算效率低下,容易受系統(tǒng)參數(shù)誤差和噪聲的影響而得到錯(cuò)誤的結(jié)果,從而限制了多基線技術(shù)的應(yīng)用。本文以嚴(yán)密的干涉SAR三維重建模型為基礎(chǔ),重點(diǎn)對(duì)多基線干涉SAR中的關(guān)鍵技術(shù):幾何參數(shù)定標(biāo)技術(shù)、較大變形條件下異軌數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)技術(shù)以及多基線干涉SAR高程反演模型開展了研究。進(jìn)一步結(jié)合極化干涉SAR技術(shù)和并行計(jì)算技術(shù),研究了多基線極化干涉SAR技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多基線干涉SAR高程反演方法的并行化。本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新如下:(1)構(gòu)建了地心直角坐標(biāo)系下干涉幾何參數(shù)的敏感度方程,提出了一種多基線干涉SAR幾何參數(shù)定標(biāo)方法,獲得了精確的系統(tǒng)參數(shù),提高了獲取高程的精度�？紤]到多基線干涉數(shù)據(jù)需要統(tǒng)一坐標(biāo)系,在地心空間直角坐標(biāo)系下推導(dǎo)了X、Y和Z方向上的基線長(zhǎng)度、基線傾角、干涉相位、初始斜距和多普中心勒頻率的敏感度方程,聯(lián)合控制點(diǎn)和連接點(diǎn)建立了多基線干涉SAR定標(biāo)模型,實(shí)現(xiàn)了多基線干涉SAR數(shù)據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的精確標(biāo)定,有效消除了由幾何參數(shù)引入的誤差,提高了多基線干涉SAR提取DEM的精度。(2)提出了一種較大幾何變形條件下的干涉數(shù)據(jù)配準(zhǔn)方法,該方法以改進(jìn)的SIFT方法作為粗配準(zhǔn)、解析搜索方法作為精配準(zhǔn),解決了多基線干涉數(shù)據(jù)多次獲取數(shù)據(jù)之間相對(duì)幾何變形較大的問(wèn)題。針對(duì)多次獲取的數(shù)據(jù)相對(duì)變形較大,常規(guī)的配準(zhǔn)方法難以達(dá)到較高精度的問(wèn)題,首先利用SIFT方法提取特征點(diǎn),其次利用干涉幾何關(guān)系和特征點(diǎn)匹配準(zhǔn)則進(jìn)行匹配,利用多項(xiàng)式擬合偏移量并剔除殘差值大的匹配點(diǎn),最后逐像元構(gòu)建包含偏移量為未知數(shù)的相關(guān)函數(shù),通過(guò)迭代解算偏移量完成精配準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)表明該方法不僅適用于多基線干涉SAR數(shù)據(jù),且適用于相對(duì)變形較大的機(jī)/星載重軌干涉數(shù)據(jù),與常用的相關(guān)函數(shù)法和頻譜極大值方法相比具有更高的配準(zhǔn)精度。(3)構(gòu)建了一種新的適用于多基線干涉SAR高程反演的三維重建模型,提出了將干涉相位整周期數(shù)作為未知數(shù)和目標(biāo)坐標(biāo)一起解算的多基線高程反演模型,從而避免了地形復(fù)雜區(qū)域因相位解纏錯(cuò)誤引入的高程誤差。由于模型通過(guò)三維坐標(biāo)連接各組干涉數(shù)據(jù),具有良好的穩(wěn)定性,較高的高程精度,并且可抵御一定的系統(tǒng)參數(shù)誤差和噪聲等偶然誤差。實(shí)驗(yàn)表明,模型適用于不同的地形類型,能夠在有效降低偶然誤差影響的情況下并不損失地物細(xì)節(jié)信息,并且同時(shí)適用于機(jī)載和星載數(shù)據(jù)。(4)首次將多基線極化相干最優(yōu)技術(shù)中的MB-MSM和MB-ESM算法引入到多基線干涉SAR高程反演中,提高了DEM精度。多基線極化最優(yōu)相干算法保證多組干涉數(shù)據(jù)整體上達(dá)到最優(yōu)值,特別是MB-ESM算法保證了相同的像元具有相同的散射中心,對(duì)于提高多基線干涉SAR高程反演質(zhì)量至關(guān)重要。本文經(jīng)過(guò)不同方法的組合,綜合15種方法展開大量實(shí)驗(yàn),討論了各種方法對(duì)高程反演的影響,結(jié)果表明利用MB-ESM方法獲得的最優(yōu)干涉圖進(jìn)行多基線高程反演獲得的效果最好。(5)實(shí)現(xiàn)了多種多基線干涉SAR方法的并行化,提高了多基線干涉SAR數(shù)據(jù)處理速度。針對(duì)多基線干涉SAR數(shù)據(jù)量大,計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題,對(duì)本文涉及的多基線干涉SAR高程反演算法實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。本文充分利用現(xiàn)有的處理設(shè)備和服務(wù)器中的多核CPU資源,基于Open MP并行程序開發(fā)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)并行算法。實(shí)驗(yàn)顯示,在現(xiàn)有的4核工作站和8核服務(wù)器上,實(shí)現(xiàn)了3~4倍的運(yùn)算加速。(6)提出了在復(fù)雜地形條件下干涉SAR及多基線干涉SAR高程反演技術(shù)方案,并集成了上述算法,開發(fā)了一套多基線干涉SAR提取DEM的軟件。通過(guò)在若爾蓋測(cè)區(qū)不同地形條件下的大量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文方案與軟件系統(tǒng)的精確性、有效性與穩(wěn)健性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P237

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本文編號(hào)：1239203