CN114609635B - 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法 - Google Patents

一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114609635B
CN114609635B CN202210277301.3A CN202210277301A CN114609635B CN 114609635 B CN114609635 B CN 114609635B CN 202210277301 A CN202210277301 A CN 202210277301A CN 114609635 B CN114609635 B CN 114609635B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aperture
antenna
target
phase
fusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210277301.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114609635A (zh
Inventor
闵锐
曹雨欣
余雷
徐浩典
李晋
皮亦鸣
杨晓波
曹宗杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202210277301.3A priority Critical patent/CN114609635B/zh
Publication of CN114609635A publication Critical patent/CN114609635A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114609635B publication Critical patent/CN114609635B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
    • G01S13/9023—SAR image post-processing techniques combined with interferometric techniques

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明属于雷达干涉测量技术领域，具体涉及一种视频合成孔径雷达的干涉测量方法。本发明将视频SAR各相邻孔径中主天线所成的复图像相融合，各相邻孔径中副天线所成的复图像相融合，得到主天线相邻孔径融合图和副天线相邻孔径融合图，再将主副天线的融合图进行配准后再共轭相乘，得到干涉图，之后再对干涉图进行干涉图数据处理得到高精度的目标高程值。本方法旨在消除干涉测量过程中多次干涉图数据处理的冗余过程，节省重复干涉图数据处理的时间，为更快地视频SAR干涉测量提供了新思路。

Description

一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法
技术领域
本发明属于视频合成孔径雷达干涉测量技术领域，具体涉及一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法。
背景技术
合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术与视频合成孔径雷达(Video Synthetic Aperture Radar,ViSAR)技术相结合的视频合成孔径雷达的干涉测量技术，结合了视频SAR高帧率成像和干涉SAR三维成像的优势，克服了传统InSAR中成像效率低的缺点，也克服了视频仅能二维成像的缺点，可以形成高精度的三维SAR图像，甚至可以得到“视频”级的三维影像。传统单基线InSAR技术无法处理目标成像时会出现叠掩、遮挡等因素导致相位缺失，会使得测量结果精度降低，利用视频SAR高帧率多角度成像的特点，融合多帧图像的信息可以提高三维测高的精度，然而，目前提出的干涉测量DEM融合方式都是在每个子孔径得到高程信息之后，对各子孔径高程结果进行融合，这个流程中，每个子孔径的高程信息的获取都要经过配准、去平地效应、滤波、解缠、高程反演等多步干涉图数据处理，算法耗时，距离“视频”级三维成像的目标还很遥远。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种视频合成孔径雷达的干涉测量流程。该方法的基本思想是将视频SAR各相邻孔径中主天线所成的复图像相融合，各相邻孔径中副天线所成的复图像相融合，得到主天线相邻孔径融合图和副天线相邻孔径融合图，再将主副天线的融合图进行配准后再共轭相乘，得到干涉图，之后再对干涉图进行干涉图数据处理得到高精度的目标高程值。
本发明的技术方案为：一种视频合成孔径雷达的干涉测量流程，用于机载双天线视频SAR干涉测量系统，包括以下步骤：
S1、主天线相邻孔径图像融合，视频SAR系统工作在太赫兹频段，其合成孔径积累角很小，所以在短时间内可以得到多个子孔径的成像结果，将各相邻孔径中主天线得到的图像进行融合。
设子孔径k主天线获取目标的SAR图像为Ik,1，子孔径k+1主天线获取目标的SAR图像为Ik+1,1，子孔径k-1主天线获取目标的SAR图像为Ik-1,1，将三幅图像Ik,1，Ik+1,1和Ik-1,1进行加权平均，得到主天线相邻孔径融合图；
Figure BDA0003551302630000021
S2、副天线相邻孔径图像融合，视频SAR系统工作在太赫兹频段，其合成孔径积累角很小，所以在短时间内可以得到多个子孔径的成像结果，将各相邻孔径中副天线得到的图像进行融合。
设子孔径k副天线获取目标的SAR图像为Ik,2，子孔径k+1副天线获取目标的SAR图像为Ik+1,2，子孔径k-1副天线获取目标的SAR图像为Ik-1,2，将三幅图像Ik,2，Ik+1,2和Ik-1,2进行加权平均，得到副天线相邻孔径融合图；
Figure BDA0003551302630000022
S3、主天线相邻孔径数据融合图与副天线相邻孔径数据融合图配准并共轭相乘得到干涉图；
S4、干涉图数据处理，对干涉图进行干涉图数据处理得到高精度的目标高程值。
本发明的有益效果为，本方法提出了一种视频合成孔径雷达的干涉测量流程。
附图说明
图1视频合成孔径雷达的干涉测量流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述；
本发明适用于机载双天线视频SAR干涉测量系统，主要包括：
S1、主天线相邻孔径数据融合，视频SAR系统工作在太赫兹频段，其合成孔径积累角很小，所以在短时间内可以得到多个子孔径的成像结果，将各相邻孔径中主天线得到的图像进行融合。
设子孔径k主天线获取目标的SAR图像为Ik,1，子孔径k+1主天线获取目标的SAR图像为Ik+1,1，子孔径k-1主天线获取目标的SAR图像为Ik-1,1，将三幅图像Ik,1，Ik+1,1和Ik-1,1进行加权平均，得到主天线相邻孔径融合图；
Figure BDA0003551302630000031
其中Υi,j(i＝1,2,3)为图像Ii与图像Ij之间的相干系数，为进行加权平均的权值，其定义为：
Figure BDA0003551302630000032
其中E(·)表示数学期望，*表示共轭运算；
S2、副天线相邻孔径数据融合，视频SAR系统工作在太赫兹频段，其合成孔径积累角很小，所以在短时间内可以得到多个子孔径的成像结果，将各相邻孔径中副天线得到的图像进行融合。
设子孔径k副天线获取目标的SAR图像为Ik,2，子孔径k+1副天线获取目标的SAR图像为Ik+1,2，子孔径k-1副天线获取目标的SAR图像为Ik-1,2，将三幅图像Ik,2，Ik+1,2和Ik-1,2进行加权平均，得到副天线相邻孔径融合图；
Figure BDA0003551302630000033
S3、主天线相邻孔径数据融合图与副天线相邻孔径数据融合图配准并共轭相乘得到干涉图；
利用最大相干系数配准方法对主副天线得到的两个融合图进行匹配，通过计算相干系数最大值，将该值记为主副天线之间的像素偏移量，将副天线校正在和主天线相同的位置，完成匹配。将匹配之后的主副天线的融合图共轭相乘得到干涉图，干涉结果为：
I＝Ifusion,1·Ifusion,2 *
S4、干涉图数据处理，对干涉图进行去平地效应、滤波、解缠、高程反演等干涉图数据处理得到高精度的目标的高程值；具体干涉图处理步骤如下：
步骤1：去平地效应；得到干涉图之后，需要将多余的平地相位补偿掉，利用频移法进行相位补偿，从频域看，平地相位造成干涉相位图的频谱中心不与零频中心重合，只需要通过频谱搬移过程将干涉相位图的频谱中心重新调制回零频处就可以去除平地效应；具体操作分为三步：
第一步：将干涉相位逐行进行傅里叶变换转换到频域，然后叠加；
第二步：检测频谱最大峰值对应的频率值，凭此频率值对频谱进行搬移；
第三步：对频谱搬移后的序列进行逆傅里叶变换，得到去除平地效应后的复图像；
步骤2：滤波；将去平地效应之后的干涉图，利用Lee滤波算法对干涉图进行去噪，通过滑动窗口(3×3像素)遍历整个干涉相位图，每个像素(x,y)的像素值由窗口内像素加权平均求得，加权系数ω为相干系数的函数，即
Figure BDA0003551302630000041
其中，
Figure BDA0003551302630000042
为滑动窗口中对应相干系数的均值；
步骤3：相位解缠；通过图割算法去除相位模糊，先把相位解缠问题转化为标记问题，建立干涉图与图结构的对应关系，再通过求取二值标记的最小割得出最优解，从全局出发得出相位解缠结果；具体操作步骤如下：
第一步：读取滤波后的干涉相位图，初始化解缠标记矩阵；
第二步：获取移动差矩阵，再根据标记和绝对相位计算全局能量；
第三步：构造图结构，生成边和源节点和端节点以及边的权值；
第四步：计算最小割，得出二值标记矩阵，并将二值标记矩阵代入相位图计算能量值，与标记更新前的能量值相比较，如果它小于标记更新前的能量值，则根据这次的标记继续重复第三步及以后的操作进行迭代，否则将这次标记视为无效，并输出周期计数矩阵；
步骤4：高程反演；根据目标高度与解缠后相位的关系式，进行高程反演，获取目标高程值；在传统条带模式下，目标高度与解缠后相位关系为：
Figure BDA0003551302630000051
其中，h为目标高度值，R为主天线与目标的距离，α为基线与水平面夹角，λ为波长，B为基线长度，φ为解缠后相位；
视频SAR干涉测量系统具体处理流程如附图1所示。本发明的主要创新在于提出一种新的视频SAR干涉测量流程，该流程将主副天线各子孔径的成像结果分别融合之后再做干涉及后续处理，消除了干涉图数据处理的冗余过程，节省了重复干涉图数据处理的时间，为更快地视频SAR干涉测量提供了新思路。

Claims (1)

1.一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法，用于机载双天线视频SAR干涉测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将视频SAR各相邻孔径中主天线得到的图像进行融合，具体为：
定义子孔径k主天线获取目标的SAR图像为Ik,1，子孔径k+1主天线获取目标的SAR图像为Ik+1,1，子孔径k-1主天线获取目标的SAR图像为Ik-1,1，将三幅图像Ik,1，Ik+1,1和Ik-1,1进行加权平均，得到主天线相邻孔径融合图；
Figure FDA0004206367020000011
其中，γi,j为图像Ii与图像Ij之间的相干系数，i＝1,2,3，为进行加权平均的权值，其定义为：
Figure FDA0004206367020000012
其中E(·)表示数学期望，*表示共轭运算；
S2、将视频SAR各相邻孔径中副天线得到的图像进行融合，具体为：
定义子孔径k副天线获取目标的SAR图像为Ik,2，子孔径k+1副天线获取目标的SAR图像为Ik+1,2，子孔径k-1副天线获取目标的SAR图像为Ik-1,2，将三幅图像Ik,2，Ik+1,2和Ik-1,2进行加权平均，得到副天线相邻孔径融合图；
Figure FDA0004206367020000013
S3、将主天线相邻孔径数据融合图与副天线相邻孔径数据融合图配准并共轭相乘得到干涉图，所述配准为利用最大相干系数配准方法对主副天线得到的两个融合图进行匹配；
S4、对干涉图进行干涉图数据处理得到目标高程值，所述干涉图数据处理包括去平地效应、滤波、解缠和高程反演，具体为：
去平地效应；得到干涉图之后，需要将多余的平地相位补偿掉，利用频移法进行相位补偿，从频域看，平地相位造成干涉相位图的频谱中心不与零频中心重合，通过频谱搬移过程将干涉相位图的频谱中心重新调制回零频处实现去除平地效应；
滤波：将去平地效应之后的干涉图，利用Lee滤波算法对干涉图进行去噪，通过3×3像素的滑动窗口遍历整个干涉相位图，每个像素(x,y)的像素值由窗口内像素加权平均求得，加权系数ω为相干系数的函数，即
Figure FDA0004206367020000021
其中，
Figure FDA0004206367020000022
为滑动窗口中对应相干系数的均值；
相位解缠：通过图割算法去除相位模糊，先把相位解缠问题转化为标记问题，建立干涉图与图结构的对应关系，再通过求取二值标记的最小割得出最优解，从全局出发得出相位解缠结果；
高程反演：根据目标高度与解缠后相位的关系式，进行高程反演，获取目标高程值；目标高度与解缠后相位关系为：
Figure FDA0004206367020000023
其中，h为目标高度值，R为主天线与目标的距离，α为基线与水平面夹角，λ为波长，B为基线长度，φ为解缠后相位。
CN202210277301.3A 2022-03-17 2022-03-17 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法 Active CN114609635B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210277301.3A CN114609635B (zh) 2022-03-17 2022-03-17 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210277301.3A CN114609635B (zh) 2022-03-17 2022-03-17 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114609635A CN114609635A (zh) 2022-06-10
CN114609635B true CN114609635B (zh) 2023-06-20

Family

ID=81865016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210277301.3A Active CN114609635B (zh) 2022-03-17 2022-03-17 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114609635B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010522343A (ja) * 2007-03-22 2010-07-01 ハリス コーポレイション 複素干渉測定ｓａｒデータを処理する方法および装置
CN104007439A (zh) * 2014-05-30 2014-08-27 中国科学院电子学研究所 一种干涉圆迹sar高程估计处理方法
CN111208512A (zh) * 2020-01-15 2020-05-29 电子科技大学 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法
CN111736152A (zh) * 2020-08-17 2020-10-02 深圳大学 一种道路边坡稳定性监测方法及车载平台装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2590689B2 (ja) * 1993-06-14 1997-03-12 日本電気株式会社 干渉型合成開口レーダ装置および地形変動観測方法
US6741202B1 (en) * 2003-04-29 2004-05-25 Kapriel V. Krikorian Techniques for 3-dimensional synthetic aperture radar
WO2007071113A1 (fr) * 2005-12-22 2007-06-28 Qifeng Yu Procede interferometrique de correlation d'isolignes en trois images pour la generation d'un interferogramme de radar
WO2015008554A1 (ja) * 2013-07-19 2015-01-22 国立大学法人東北大学 合成開口処理を伴うセンサ、そのセンサの処理方法、および、プログラム
CN103439708B (zh) * 2013-08-29 2015-04-22 西安电子科技大学 基于广义散射矢量的极化InSAR干涉图估计方法
CN104931966B (zh) * 2015-06-12 2018-01-02 北京航空航天大学 一种基于dcs算法的星载视频sar成像处理方法
CN107238866B (zh) * 2017-05-26 2019-05-21 西安电子科技大学 基于合成孔径技术的毫米波视频成像系统及方法
CN106980117B (zh) * 2017-05-31 2019-08-06 西安电子科技大学 基于重叠孔径的毫米波雷达视频成像方法
CN108205135B (zh) * 2018-01-22 2022-03-04 西安电子科技大学 基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法
CN108627833B (zh) * 2018-05-15 2021-08-24 电子科技大学 一种基于GB-InSAR的大气相位补偿方法
CN108983231B (zh) * 2018-06-06 2021-12-31 电子科技大学 一种基于视频合成孔径雷达的干涉视频测量方法
CN108931771A (zh) * 2018-06-06 2018-12-04 电子科技大学 一种基于合成孔径雷达成像技术的目标跟踪方法
EP3739356A1 (en) * 2019-05-12 2020-11-18 Origin Wireless, Inc. Method, apparatus, and system for wireless tracking, scanning and monitoring
CN112034460B (zh) * 2020-08-17 2024-05-28 湖南鉴微智能科技有限公司 基于天线相位方向图补偿的圆弧孔径雷达成像方法和雷达
CN113093184B (zh) * 2021-03-31 2022-08-05 电子科技大学 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010522343A (ja) * 2007-03-22 2010-07-01 ハリス コーポレイション 複素干渉測定ｓａｒデータを処理する方法および装置
CN104007439A (zh) * 2014-05-30 2014-08-27 中国科学院电子学研究所 一种干涉圆迹sar高程估计处理方法
CN111208512A (zh) * 2020-01-15 2020-05-29 电子科技大学 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法
CN111736152A (zh) * 2020-08-17 2020-10-02 深圳大学 一种道路边坡稳定性监测方法及车载平台装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114609635A (zh) 2022-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111208512B (zh) 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法
CN113624122B (zh) 融合GNSS数据与InSAR技术的桥梁变形监测方法
CN107102333B (zh) 一种星载InSAR长短基线融合解缠方法
CN108594222B (zh) 一种双频干涉合成孔径雷达的高程重建方法和装置
CN109633648B (zh) 一种基于似然估计的多基线相位估计装置及方法
CN103487809B (zh) 一种基于BP算法和时变基线的机载InSAR数据处理方法
CN106249236B (zh) 一种星载InSAR长短基线图像联合配准方法
CN108663678B (zh) 基于混合整数优化模型的多基线InSAR相位解缠算法
WO2024159926A1 (zh) 一种误差自动校正的InSAR时序变形监测方法
CN112882030B (zh) InSAR成像干涉一体化处理方法
CN103885059A (zh) 一种多基线干涉合成孔径雷达三维重建方法
CN112711021B (zh) 一种多分辨率InSAR交互干涉时序分析方法
CN109509219B (zh) 基于最小生成树的InSAR时序影像集合的配准方法
CN113093184B (zh) 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法
CN117406221A (zh) 一种角反射器高分辨率DEM的InSAR变形监测方法
CN103630898A (zh) 对多基线干涉sar相位偏置进行估计的方法
Singh et al. Baseline estimation in interferometric SAR
Ferretti et al. Multibaseline phase unwrapping for InSAR topography estimation
CN114609635B (zh) 一种基于视频合成孔径雷达的干涉测量方法
CN115616575B (zh) 一种星载sar立体测量辅助的干涉相位图解缠绕方法
Yague-Martinez et al. Interferometric processing algorithms of TanDEM-X data
CN113835089A (zh) 一种基于差频InSAR的缓变高程反演方法
Sosnovsky et al. Modification of inversed vortex phase field unwrapping algorithm for the InSAR height measurements
Chaubey et al. Improvement in InSAR phase unwrapping using external DEM
Sosnovsky Method for Increasing of the Phase Unwrapping Efficiency by Filtering the Residual Phase Image

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant