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1、第16卷第4期地理学与国土研究Vol.16No.42000年11月GeographyandTerritorialResearchNov.2000干涉SAR的二维相位解缠算法研究高勇(北京大学遥感与地理信息系统研究所,北京100871)摘要:相位解缠是干涉合成孔径雷达(INSAR)应用的重要步骤之一。本文通过一定的实验研究,对比分析了现有的几种主要的相位解缠算法的原理和特点。路径积分算法的局域算子和最小二乘算法的全局算子是这两类解缠算法的本质特征。而各种不同的算法对不同的数据也各自有其特定的适宜性,算法的选择应该视实际数据的特点而定。关
2、键词:干涉SAR;二维相位解缠中图分类号:TP701文献标识码:A文章编号:1001-8107(2000)04-0090-07干涉SAR(INSAR)测量技术是利用从雷达复图像数据中衍生出的相位信息来提取地表三维信息。它的基本原理是通过两部天线同时观测,或者两次平行的观测,获取地面上同一地物的两幅复雷达图像,利用这两幅复图像相干运算得到的相位差反演地物的相对高程。但是实际上这样得到的干涉相位差是真实相位差的卷叠,即INSAR干涉图中与地面位置直接相关的相位是以2为模的,所以为了计算每一点的高程必须给每一个相位测量值加上整数倍的相位周期。这种求解2模糊性问题的技术
3、称为相位解缠。解缠得到的相位(差)值准确与否,直接关系到提取出的目标高程信息的有效精度。在过去的20多年里,INSAR二维相位解缠的算法研究发展十分迅速,但它们基本上可以归并为两大类,即路径积分算法和最小二乘算法。路径积分算法总是显式或隐式的产生分割路径或非连续线,绕路径分割线解缠,可以说在每个连通的小片内结果是准确的。最小二乘法关键是改正值不限制为整数周期,而是根据已知点拟合结果求出,其特点是不存在全局误差,整体结果是连续的,但没有一点是准确的。1基本原理干涉SAR测量技术是利用两部天线同时观测的或者重复轨道两次观测的结果进行复相[1]关运算,地表的三维地形信息
4、可以通过SAR干涉测量的几何关系(图1)导出。两部天线在不同位置O1和O2接收同一目标地物产生的回波信号,O1和O2之间的距离B称为基线(Baseline)。两部天线是确定的,并且视向相同,那么地表某一点的雷达回波到达两根天线的路程差产生的相位差表示为:244B=(r2-r1)=(Bxsin-Bzcos+)(1)2r图1SAR干涉图像的几何性质根据成像几何参数,地表上观测点(x,y)的高收稿日期:2000-09-11;修订日期:2000-10-28作者简介:高勇(1974-),男,博士研究生,研究方向为地理信息系统方法与遥感应用。第4期
5、高勇:干涉SAR的二维相位解缠算法研究第91页程z可以定义为2z(x,y)=H-rcos=H-r(cos1-sin(-)-sinsin(-))(2)这里H为飞行高度,而r1、r2可以由INSAR的近地点斜距和系统的内部数字化采样时钟计算得到,但对于入射角,从雷达系统参数中得到的只是中心点的标称值,因此需要利用式(1)计算每个像元的精确入射角,才可以得到地面相应每一点的高程。在实际应用中,相位差是通过两幅复图像s1、s2相干运算生成的复干涉图像得到,经过多视平均后,的最大似然估值可以表示为:N**Ims1is2iIms1s2i=1I
6、=arctan*=arctanN=arctan(3)Res1s2s*RRe1is2ii=1式中R、I分别为该像元值的实部和虚部,N为视数。式(3)计算的相位差和式(1)计算的相位差是有差别的。很显然值在(-,)之间,而应该为全值,即为2n+。相位解缠就是由恢复到2n+的过程。在理想情况下,相位解缠只要简单的加减2n就可以实现,但是非相干热噪声和陡峭地形的影响所产生的相位不一致问题(这些相位不一致的点称为奇点),使相位解缠过程无法再通过这样简单的方法实现,而必须通过必要的解缠算法。2二维相位解缠算法2.1路径积分算法2.1.1Goldst
7、ein路径分割算法经典路径积分算法是由古斯丁(Goldstein)、泽布克(Zebker)[2]和沃纳(Werner)在1988年提出的路径分割算法(这里暂时称之为Goldstein算法),它可以十分快速并且有效的产生理想的分割路径。该算法的核心思想是通过连接邻近的奇点使奇点达到平衡。奇点平衡的意思是分割路径连接等量的正负奇点对,如果奇点通过分割路径和图像边界相接,那么也认为奇点是平衡的。并且在整个分割路径的产生过程中,要求始终满足路径长度和最小的原则。Goldstein算法执行的速度比较快,效果也比较好。但是由
