CN116559866B - 一种地基合成孔径雷达大气补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地基合成孔径雷达大气补偿方法。该方法通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，进而获取第一PS点集，根据预设大气参数模型和第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿，并确定残差相位阈值和累积形变阈值，以对第一PS点集进行筛选得到第二PS点集，进一步返回执行通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至新残差相位阈值和残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值。本发明的技术方案保证参与大气相位估计的PS点具有较高的稳定性，提高大气估计准确度，进而改善监测区域的形变反演精度。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种地基合成孔径雷达大气补偿方法。
背景技术
地表形变是许多重大灾害发生的直接原因，因此实时监测显得尤为重要，通过采用有效的监测手段准确获取形变信息，就可以提前预测灾害的发生，减小或避免技术经济损失。边坡形变监测雷达在地表形变监测发挥巨大作用。其中，采用地基合成孔径雷达（GB-SAR）的局部近距离测量，适用于小规模监测，测量周期短，精度高，但是随着观测范围在方位向上的扩大，场景内环境更为复杂，特别是大气变化的影响将不可忽略，因此，大气相位校正已成为地基形变监测雷达必须面临和解决的重要问题。
目前，基于函数模型实现的GB-SAR大气校正方法通常假设大气影响在空间上具有强相关性，即大气在空间是均匀的，此时利用稳定PS点干涉相位通过参数化模型方法完成大气相位补偿。但是，大气估计的准确度与PS点的质量存在很强的耦合性，如果较多的形变PS点作为样本点参与大气相位误差的估计，势必会造成大气相位估计偏差，进而影响形变反演精度和准确度。然而，在实际矿山边坡形变监测应用中，由于施工造成的大范围缓慢形变，该区域内的大部分目标点会呈现出与稳定PS点相似的特征，从而被认定为PS点参与大气相位估计和形变反演，最终导致大气相位估计偏差，影响形变反演精度。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在如下缺陷：
缓慢形变区域内的大部分目标点会呈现出与稳定PS点相似的特征，从而被认定为PS点参与大气相位估计和形变反演，最终导致大气相位估计偏差，影响形变反演精度。
发明内容
本发明提供了一种地基合成孔径雷达大气补偿方法，以保证参与大气相位估计的PS点具有较高的稳定性，提高大气估计准确度，进而改善监测区域的形变反演精度。
根据本发明的一方面，提供了一种地基合成孔径雷达大气补偿方法，该方法包括：
通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从所述二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；
根据预设大气参数模型和所述第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位；
根据所述大气补偿残差相位为所述第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据所述残差相位阈值和所述累积形变阈值对所述第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；
根据所述第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至所述新残差相位阈值和所述残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值。
根据本发明的另一方面，提供了一种地基合成孔径雷达大气补偿装置，该装置包括：
第一PS点集获取模块，用于通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从所述二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；
大气补偿残差相位获取模块，用于根据预设大气参数模型和所述第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位；
第二PS点集获取模块，用于根据所述大气补偿残差相位为所述第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据所述残差相位阈值和所述累积形变阈值对所述第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；
大气补偿操作返回执行模块，用于根据所述第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至所述新残差相位阈值和所述残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的地基合成孔径雷达大气补偿方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的地基合成孔径雷达大气补偿方法。
本发明实施例的技术方案，通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；根据预设大气参数模型和第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位；根据大气补偿残差相位为第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据残差相位阈值和累积形变阈值对第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；根据第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至新残差相位阈值和残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值，解决了缓慢形变区域内与稳定PS点呈现相似特征的大部分目标点参与大气相位估计和形变反演，导致大气相位估计偏差，影响形变反演精度的问题，保证参与大气相位估计的PS点具有较高的稳定性，提高大气估计准确度，进而改善监测区域的形变反演精度。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种地基合成孔径雷达大气补偿方法的流程图；
图2a为本发明实施例二提供的另一种地基合成孔径雷达大气补偿方法的流程图；
图2b为本发明实施例二提供一种地基合成孔径雷达大气补偿方法的应用流程图；
图3为本发明实施例三提供的一种地基合成孔径雷达大气补偿装置的结构示意图；
图4实现本发明实施例的地基合成孔径雷达大气补偿方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种地基合成孔径雷达大气补偿方法的流程图，本实施例可适用于对地表形变进行监测的情况，该方法可以由地基合成孔径雷达大气补偿装置来执行，该地基合成孔径雷达大气补偿装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该地基合成孔径雷达大气补偿装置可配置于具有数据处理功能的服务器中。如图1所示，该方法包括：
S110、通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集。
其中，目标监测区域可以指地基合成孔径雷达所监测的地表区域。第一PS点集可以是基于二维雷达复散射图像序列和PS技术，对二维雷达复散射图像序列经过第一阶段筛选后得到的稳定PS点集，即第一PS点集。
具体的，可以通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的原始回波，利用雷达成像算法对原始回波进行处理得到二维雷达复散射图像序列。用表示二维雷达复散射图像序列，其中，/>表示二维雷达复散射图像的扫描序号。
一个可选实施方式中，从二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集，可以包括：确定各像素点在二维雷达复散射图像序列内的平均相关系数、各像素点在二维雷达复散射图像序列内的平均相对幅度以及二维雷达复散射图像序列对应时序复散射图像的幅度离差；从二维雷达复散射图像序列中筛选平均相关系数大于等于预设平均相关系数阈值的像素点作为第一候选PS点集；从第一候选PS点集中筛选平均相对幅度大于等于预设平均相对幅度阈值的像素点作为第二候选PS点集；从第二候选PS点集中筛选幅度离差小于等于预设幅度离差阈值的像素点作为第一PS点集。
可选的，确定各像素点在二维雷达复散射图像序列内的平均相关系数、各像素点在二维雷达复散射图像序列内的平均相对幅度以及二维雷达复散射图像序列对应时序复散射图像的幅度离差，可以包括：
根据二维雷达复散射图像序列，获取主雷达复散射图像、辅雷达复散射图像、各像素点的幅度值、各像素点的幅度时间序列；其中，主雷达复散射图像和辅雷达复散射图像为二维雷达复散射图像序列中的任意两个相邻图像；根据主雷达复散射图像和辅雷达复散射图像，确定目标像素点的相关系数，根据二维雷达复散射图像序列内目标像素点的各相关系数确定每个目标像素点的平均相关系数；根据各像素点的幅度值，确定目标像素点在二维雷达复散射图像序列内的幅度均值，以及全部目标像素点的平均幅度均值，根据幅度均值和平均幅度均值确定每个目标像素点的平均相对幅度；根据各像素点的幅度时间序列，确定各像素点幅度时间序列的标准差和均值，根据标准差和均值确定二维雷达复散射图像序列对应时序复散射图像的幅度离差。
为了使本领域技术人员更好的理解上述获取第一PS点集的方法，其过程可以表示如下：
步骤1：从中抽取两幅相邻帧图像作为主雷达复散射图像和辅雷达复散射图像。根据主、辅雷达复散射图像计算相关系数/>，公式如下：，其中，/>表示像素点/>的相干系数，/>表示复共轭，/>和/>分别表示雷达复散射图像矩阵两个维度的滑窗长度的一半。
长度为的图像序列/>可计算得到长度为/>的相关系数序列矩阵，进而可得到平均相关系数/>，公式为：/>。
设置平均相关系数阈值，筛选出/>的像素点作为PS点，从而得到第一候选PS点集。其中，/>可以设置为0.9。
步骤2：假设二维雷达复散射图像的维度为M*N，像素点/>对应的复散射图像值可表示为/>，其中，/>和/>分别代表像素点/>在第帧二维雷达复散射图像中的幅度与相位。
则长度为的图像序列/>的每个像素点/>的平均相对幅度/>可由计算。其中，/>表示K帧序列二维雷达复散射图像中像素点/>的幅度均值/>；/>表示所有像素点幅度均值的平均值，。
设置平均相对幅度阈值，从第一候选PS点集中筛选出/>的PS点，从而得到第二候选PS点集。其中，/>可以设置为5。
步骤3：计算时序复散射图像的幅度离差，公式如下：/>。其中，/>表示像素点幅度时间序列的标准差，/>像素点幅度时间序列的均值。
设置幅度离差阈值，从第二候选PS点集中筛选出/>的PS点，得到第一PS点集。其中，/>可以设置为0.1。
S120、根据预设大气参数模型和第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位。
本实施例中，预设大气参数模型可以是包含距离和高程差的二元二阶大气参数模型。
以下给出一种预设大气参数模型及最优参数计算的构建方法：
步骤1：地基合成孔径雷达目标点的干涉相位可以表示为：，其中，/>表示目标点的干涉相位，/>表示目标点的形变相位，/>表示大气相位，/>表示噪声相位。在实际信息处理过程中，噪声相位/>通常可以利用空间滤波算法进行有效消除，因此，目标点的干涉相位可近似如下：/>。
步骤2：构建包含距离和高程差的二元二阶大气参数模型，如下式所示：，其中，/>表示大气误差相位，/>表示地基合成孔径雷达的发射信号波长，/>表示地基合成孔径雷达与所述目标监测区域内目标点之间的距离，/>表示所述目标监测区域内目标点与地基合成孔径雷达的高程差，/>表示常数项，/>表示与/>一次幂相关的系数，/>表示与/>二次幂相关的系数，/>表示与/>一次幂相关的系数，/>表示与/>二次幂相关的系数，/>表示与/>一次幂、/>一次幂联合相关的系数。
步骤3：对于高质量稳定PS点而言，其形变相位可近似为0，因此高质量稳定PS点的干涉相位近似为大气相位，如果目标监测区域内共有个PS点，可建立大气相位与距离、高程差的联立方程组/>。
其中，，/>，/>，。/>表示/>个解缠后PS点干涉相位构成的/>维向量；/>表示常数1和/>个PS距离与高程差构成的/>维向量；/>表示待估计的/>维向量，/>表示相位误差构成的维向量。采用最小二乘对/>进行求解，/>；则大气误差相位的估计值为。
S130、根据大气补偿残差相位为第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据残差相位阈值和累积形变阈值对第一PS点集进行筛选得到第二PS点集。
S140、根据第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至新残差相位阈值和残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值。
本发明实施例的技术方案，通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；根据预设大气参数模型和第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位；根据大气补偿残差相位为第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据残差相位阈值和累积形变阈值对第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；根据第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至新残差相位阈值和残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值，解决了缓慢形变区域内与稳定PS点呈现相似特征的大部分目标点参与大气相位估计和形变反演，导致大气相位估计偏差，影响形变反演精度的问题，保证参与大气相位估计的PS点具有较高的稳定性，提高大气估计准确度，进而改善监测区域的形变反演精度。
实施例二
图2a为本发明实施例二提供的另一种地基合成孔径雷达大气补偿方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上，将S120这一操作进行细化。如图2a所示，该方法包括：
S210、通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集。
S220、根据二维雷达复散射图像序列，提取干涉相位图序列。
示例性的，从中抽取两幅相邻帧图像作为干涉处理的主雷达复散射图像和辅雷达复散射图像（相邻帧干涉处理是本处理流程列举的一种典型SAR（Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达）图像干涉的处理方法，但并不限于该方法），对辅图像取复共轭并与主图像相乘，取主值相位后可得到干涉相位图序列/>，，其中，/>表示复共轭运算符，/>表示取相位主值。
S230、根据干涉相位图序列，获取第一PS点集的PS点干涉相位。
S240、对PS点干涉相位进行解缠处理，得到解缠后PS点干涉相位。
本实施例中，可以利用干涉合成孔径雷达（Interferometric SyntheticAperture Radar，InSAR）相位解缠算法（例如枝切法、质量引导图法、最小网络费用流法等）对解缠后PS点干涉相位进行二维空间解缠，得到解缠后PS点干涉相位。
S250、利用最小二乘法对预设大气参数模型的大气模型参数进行求解，得到估计大气模型参数。
S260、根据估计大气模型参数和解缠后PS点干涉相位，估计大气误差相位。
示例性的，对解缠后PS点干涉相位，根据S120提供的预设大气参数模型及最优参数计算的构建方法，可得如下结果：和/>。
其中，表示第/>帧解缠后PS点干涉相位第/>次大气相位迭代估计所用解缠后PS点干涉相位样本向量；/>表示常数1和/>个PS距离与高程差构成的/>维向量；/>表示估计大气模型参数，/>表示估计得到的大气相位误差。
S270、利用大气误差相位对解缠后PS点干涉相位进行大气补偿处理，得到大气补偿残差相位。
本实施例中，大气补偿残差相位可以表示为。
S280、根据大气补偿残差相位为第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据残差相位阈值和累积形变阈值对第一PS点集进行筛选得到第二PS点集。
一个可选实施方式中，根据大气补偿残差相位为第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，可以包括：根据大气补偿残差相位，确定大气补偿残差相位对应PS点形变值的均值和标准差，并确定PS点干涉相位进行大气补偿后的单帧形变图像；根据PS点形变值的均值、标准差和预设单帧形变阈值系数，确定残差相位阈值；根据单帧形变图像构建短时形变图像序列，对短时形变图像序列求和得到短时累积图像，计算PS点在短时累积图像中对应值的均值和方差；根据PS点在短时累积图像中对应值的均值、方差和预设累积形变阈值系数，确定累积形变阈值。
以下具体说明获取第二PS点集的过程：
根据S270所得大气补偿残差相位，那么对应第/>帧干涉相位经大气补偿后的单帧形变图像/>表示为/>，其中，/>表示地基合成孔径雷达发射信号波长。
计算中PS点形变值对应的样本均值与标准差：/>，其中，/>表示计算样本均值，/>表示计算样本标准差。
设置残差相位阈值：，其中，/>表示预设单帧形变阈值系数，可设置为3。根据残差相位阈值/>对单帧形变图像/>中的PS点进行筛选，如果，则该PS点需要从PS点集中剔除，不再参与大气估计，但依然参与形变反演，将上述剔除过程遍历PS点集。
基于单帧形变图像，可构建短时形变图像序列/>，对短时形变图像序列求和，得到短时累积图像/>，/>，计算PS点在图像/>中对应值的样本均值与方差，得：/>。
设置累积形变阈值：，其中，/>表示预设累积形变阈值系数，可设置为2。根据累积形变阈值/>对PS点累积形变值进行筛选，如果/>，则该PS点需要从PS点集中剔除，不再参与大气估计，但依然参与形变反演，将上述剔除过程遍历PS点集。
S290、根据第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至新残差相位阈值和残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值。
利用步骤S260剔除后的PS点重新进行大气相位误差估计，计算单帧补偿后的大气补偿残差相位，获取新残差相位阈值，判断是否满足，若满足，则重复执行通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿的操作，若不满足，迭代终止，此时可得最终的单帧形变图像。其中，/>，可设置为0.95。
本发明实施例的技术方案，通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；根据二维雷达复散射图像序列，提取干涉相位图序列；根据干涉相位图序列，获取第一PS点集的PS点干涉相位；对PS点干涉相位进行解缠处理，得到解缠后PS点干涉相位；利用最小二乘法对预设大气参数模型的大气模型参数进行求解，得到估计大气模型参数；根据估计大气模型参数和解缠后PS点干涉相位，估计大气误差相位；利用大气误差相位对解缠后PS点干涉相位进行大气补偿处理，得到大气补偿残差相位；根据大气补偿残差相位为第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据残差相位阈值和累积形变阈值对第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；根据第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至新残差相位阈值和残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值，解决了缓慢形变区域内与稳定PS点呈现相似特征的大部分目标点参与大气相位估计和形变反演，导致大气相位估计偏差，影响形变反演精度的问题，保证参与大气相位估计的PS点具有较高的稳定性，提高大气估计准确度，进而改善监测区域的形变反演精度。
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的地基合成孔径雷达大气补偿方法，图2b提供一种地基合成孔径雷达大气补偿方法的应用流程图。
对根据地基合成孔径雷达获取的目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，进行稳定PS点和干涉相位图提取，对干涉相位图进行二维空间解缠 ；基于稳定PS点的干涉相位对二维大气模型参数进行大气模型参数估计，对PS点干涉相位进行大气补偿后，得到大气补偿残差相位，并进行相位残差统计，循环通过阈值判决剔除形变PS点（包括单帧形变和短时累积形变）；直至得到最优大气模型参数和最优大气补偿。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种地基合成孔径雷达大气补偿装置的结构示意图。如图3所示，该装置包括：第一PS点集获取模块310、大气补偿残差相位获取模块320、第二PS点集获取模块330和大气补偿操作返回执行模块340。其中：
第一PS点集获取模块310，用于通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从所述二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；
大气补偿残差相位获取模块320，用于根据预设大气参数模型和所述第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位；
第二PS点集获取模块330，用于根据所述大气补偿残差相位为所述第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据所述残差相位阈值和所述累积形变阈值对所述第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；
大气补偿操作返回执行模块340，用于根据所述第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至所述新残差相位阈值和所述残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值。
本发明实施例的技术方案，通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；根据预设大气参数模型和第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位；根据大气补偿残差相位为第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据残差相位阈值和累积形变阈值对第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；根据第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至新残差相位阈值和残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值，解决了缓慢形变区域内与稳定PS点呈现相似特征的大部分目标点参与大气相位估计和形变反演，导致大气相位估计偏差，影响形变反演精度的问题，保证参与大气相位估计的PS点具有较高的稳定性，提高大气估计准确度，进而改善监测区域的形变反演精度。
可选的，第一PS点集获取模块310，具体可以用于：
通过地基合成孔径雷达获取所述目标监测区域的原始回波，利用雷达成像算法对所述原始回波进行处理得到所述二维雷达复散射图像序列。
可选的，第一PS点集获取模块310，可以包括：
筛选因素确定模块，用于确定各像素点在所述二维雷达复散射图像序列内的平均相关系数、各像素点在所述二维雷达复散射图像序列内的平均相对幅度以及所述二维雷达复散射图像序列对应时序复散射图像的幅度离差；
第一候选PS点集获取模块，用于从所述二维雷达复散射图像序列中筛选所述平均相关系数大于等于预设平均相关系数阈值的像素点作为第一候选PS点集；
第二候选PS点集获取模块，用于从所述第一候选PS点集中筛选所述平均相对幅度大于等于预设平均相对幅度阈值的像素点作为第二候选PS点集；
第一PS点集获取模块，用于从所述第二候选PS点集中筛选所述幅度离差小于等于预设幅度离差阈值的像素点作为所述第一PS点集。
可选的，筛选因素确定模块，具体可以用于：
根据所述二维雷达复散射图像序列，获取主雷达复散射图像、辅雷达复散射图像、各像素点的幅度值、各像素点的幅度时间序列；其中，所述主雷达复散射图像和所述辅雷达复散射图像为所述二维雷达复散射图像序列中的任意两个相邻图像；
根据所述主雷达复散射图像和所述辅雷达复散射图像，确定目标像素点的相关系数，根据所述二维雷达复散射图像序列内目标像素点的各相关系数确定每个目标像素点的平均相关系数；
根据所述各像素点的幅度值，确定目标像素点在所述二维雷达复散射图像序列内的幅度均值，以及全部目标像素点的平均幅度均值，根据所述幅度均值和所述平均幅度均值确定每个目标像素点的平均相对幅度；
根据所述各像素点的幅度时间序列，确定各像素点幅度时间序列的标准差和均值，根据所述标准差和均值确定所述二维雷达复散射图像序列对应时序复散射图像的幅度离差。
可选的，大气补偿残差相位获取模块320，具体可以用于：
根据所述二维雷达复散射图像序列，提取干涉相位图序列；
根据所述干涉相位图序列，获取所述第一PS点集的PS点干涉相位；
对所述PS点干涉相位进行解缠处理，得到解缠后PS点干涉相位；
利用最小二乘法对预设大气参数模型的大气模型参数进行求解，得到估计大气模型参数；
根据所述估计大气模型参数和所述解缠后PS点干涉相位，估计大气误差相位；
利用所述大气误差相位对所述解缠后PS点干涉相位进行大气补偿处理，得到所述大气补偿残差相位。
可选的，所述预设大气参数模型表示为：，其中，/>表示大气误差相位，/>表示地基合成孔径雷达的发射信号波长，/>表示地基合成孔径雷达与所述目标监测区域内目标点之间的距离，/>表示所述目标监测区域内目标点与地基合成孔径雷达的高程差，/>表示常数项，/>表示与/>一次幂相关的系数，/>表示与/>二次幂相关的系数，/>表示与/>一次幂相关的系数，/>表示与/>二次幂相关的系数，/>表示与/>一次幂、/>一次幂联合相关的系数；
所述估计大气模型参数通过确定，其中，/>，/>表示个解缠后PS点干涉相位构成的/>维向量，/>，/>表示常数1和/>个PS距离与高程差构成的/>维向量；
所述大气误差相位通过确定；
所述大气补偿残差相位通过确定。
可选的，第二PS点集获取模块330，具体可以用于：
根据所述大气补偿残差相位，确定所述大气补偿残差相位对应PS点形变值的均值和标准差，并确定PS点干涉相位进行大气补偿后的单帧形变图像；
根据所述PS点形变值的均值、标准差和预设单帧形变阈值系数，确定所述残差相位阈值；
根据所述单帧形变图像构建短时形变图像序列，对所述短时形变图像序列求和得到短时累积图像，计算PS点在所述短时累积图像中对应值的均值和方差；
根据所述PS点在所述短时累积图像中对应值的均值、方差和预设累积形变阈值系数，确定所述累积形变阈值。
本发明实施例所提供的地基合成孔径雷达大气补偿装置可执行本发明任意实施例所提供的地基合成孔径雷达大气补偿方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图4示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备400的结构示意图。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图4所示，电子设备400包括至少一个处理器401，以及与至少一个处理器401通信连接的存储器，如只读存储器（ROM）402、随机访问存储器（RAM）403等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器401可以根据存储在只读存储器（ROM）402中的计算机程序或者从存储单元408加载到随机访问存储器（RAM）403中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还可存储电子设备400操作所需的各种程序和数据。处理器401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出（I/O）接口405也连接至总线404。
电子设备400中的多个部件连接至I/O接口405，包括：输入单元406，例如键盘、鼠标等；输出单元407，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元408，例如磁盘、光盘等；以及通信单元409，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元409允许电子设备400通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器401可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器401的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器401执行上文所描述的各个方法和处理，例如地基合成孔径雷达大气补偿方法。
在一些实施例中，地基合成孔径雷达大气补偿方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元408。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 402和/或通信单元409而被载入和/或安装到电子设备400上。当计算机程序加载到RAM 403并由处理器401执行时，可以执行上文描述的地基合成孔径雷达大气补偿方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器401可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行地基合成孔径雷达大气补偿方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、芯片上系统的系统（SOC）、负载可编程逻辑设备（CPLD）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，CRT（阴极射线管）或者LCD（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（LAN）、广域网（WAN）、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种地基合成孔径雷达大气补偿方法，其特征在于，包括：
通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从所述二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；
根据预设大气参数模型和所述第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位；
根据所述大气补偿残差相位为所述第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据所述残差相位阈值和所述累积形变阈值对所述第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；
根据所述第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至所述新残差相位阈值和所述残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值；
其中，根据所述大气补偿残差相位为所述第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，包括：
根据所述大气补偿残差相位，确定所述大气补偿残差相位对应PS点形变值的均值和标准差，并确定PS点干涉相位进行大气补偿后的单帧形变图像；
根据所述PS点形变值的均值、标准差和预设单帧形变阈值系数，确定所述残差相位阈值；
根据所述单帧形变图像构建短时形变图像序列，对所述短时形变图像序列求和得到短时累积图像，计算PS点在所述短时累积图像中对应值的均值和方差；
根据所述PS点在所述短时累积图像中对应值的均值、方差和预设累积形变阈值系数，确定所述累积形变阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，包括：
通过地基合成孔径雷达获取所述目标监测区域的原始回波，利用雷达成像算法对所述原始回波进行处理得到所述二维雷达复散射图像序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集，包括：
确定各像素点在所述二维雷达复散射图像序列内的平均相关系数、各像素点在所述二维雷达复散射图像序列内的平均相对幅度以及所述二维雷达复散射图像序列对应时序复散射图像的幅度离差；
从所述二维雷达复散射图像序列中筛选所述平均相关系数大于等于预设平均相关系数阈值的像素点作为第一候选PS点集；
从所述第一候选PS点集中筛选所述平均相对幅度大于等于预设平均相对幅度阈值的像素点作为第二候选PS点集；
从所述第二候选PS点集中筛选所述幅度离差小于等于预设幅度离差阈值的像素点作为所述第一PS点集。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定各像素点在所述二维雷达复散射图像序列内的平均相关系数、各像素点在所述二维雷达复散射图像序列内的平均相对幅度以及所述二维雷达复散射图像序列对应时序复散射图像的幅度离差，包括：
根据所述二维雷达复散射图像序列，获取主雷达复散射图像、辅雷达复散射图像、各像素点的幅度值、各像素点的幅度时间序列；其中，所述主雷达复散射图像和所述辅雷达复散射图像为所述二维雷达复散射图像序列中的任意两个相邻图像；
根据所述主雷达复散射图像和所述辅雷达复散射图像，确定目标像素点的相关系数，根据所述二维雷达复散射图像序列内目标像素点的各相关系数确定每个目标像素点的平均相关系数；
根据所述各像素点的幅度值，确定目标像素点在所述二维雷达复散射图像序列内的幅度均值，以及全部目标像素点的平均幅度均值，根据所述幅度均值和所述平均幅度均值确定每个目标像素点的平均相对幅度；
根据所述各像素点的幅度时间序列，确定各像素点幅度时间序列的标准差和均值，根据所述标准差和均值确定所述二维雷达复散射图像序列对应时序复散射图像的幅度离差。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设大气参数模型和所述第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位，包括：
根据所述二维雷达复散射图像序列，提取干涉相位图序列；
根据所述干涉相位图序列，获取所述第一PS点集的PS点干涉相位；
对所述PS点干涉相位进行解缠处理，得到解缠后PS点干涉相位；
利用最小二乘法对预设大气参数模型的大气模型参数进行求解，得到估计大气模型参数；
根据所述估计大气模型参数和所述解缠后PS点干涉相位，估计大气误差相位；
利用所述大气误差相位对所述解缠后PS点干涉相位进行大气补偿处理，得到所述大气补偿残差相位。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设大气参数模型表示为：，其中，/>表示大气误差相位，/>表示地基合成孔径雷达的发射信号波长，/>表示地基合成孔径雷达与所述目标监测区域内目标点之间的距离，/>表示所述目标监测区域内目标点与地基合成孔径雷达的高程差，/>表示常数项，/>表示与/>一次幂相关的系数，/>表示与/>二次幂相关的系数，/>表示与/>一次幂相关的系数，/>表示与/>二次幂相关的系数，/>表示与/>一次幂、/>一次幂联合相关的系数；
所述估计大气模型参数通过确定，其中，/>，/>表示/>个解缠后PS点干涉相位构成的/>维向量，/>，/>表示常数1和/>个PS距离与高程差构成的/>维向量；
所述大气误差相位通过确定；
所述大气补偿残差相位通过确定。
7.一种地基合成孔径雷达大气补偿装置，其特征在于，包括：
第一PS点集获取模块，用于通过地基合成孔径雷达获取目标监测区域的二维雷达复散射图像序列，并从所述二维雷达复散射图像序列中获取第一PS点集；
大气补偿残差相位获取模块，用于根据预设大气参数模型和所述第一PS点集的PS点干涉相位，通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿，得到大气补偿残差相位；
第二PS点集获取模块，用于根据所述大气补偿残差相位为所述第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，并根据所述残差相位阈值和所述累积形变阈值对所述第一PS点集进行筛选得到第二PS点集；
大气补偿操作返回执行模块，用于根据所述第二PS点集的PS点干涉相位返回执行通过估计大气误差相位对所述PS点干涉相位进行大气补偿的操作，以获取新残差相位阈值，直至所述新残差相位阈值和所述残差相位阈值的比值超过预设变化量阈值；
其中，第二PS点集获取模块中根据所述大气补偿残差相位为所述第一PS点集确定残差相位阈值和累积形变阈值，包括：
根据所述大气补偿残差相位，确定所述大气补偿残差相位对应PS点形变值的均值和标准差，并确定PS点干涉相位进行大气补偿后的单帧形变图像；
根据所述PS点形变值的均值、标准差和预设单帧形变阈值系数，确定所述残差相位阈值；
根据所述单帧形变图像构建短时形变图像序列，对所述短时形变图像序列求和得到短时累积图像，计算PS点在所述短时累积图像中对应值的均值和方差；
根据所述PS点在所述短时累积图像中对应值的均值、方差和预设累积形变阈值系数，确定所述累积形变阈值。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6中任一项所述的地基合成孔径雷达大气补偿方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的地基合成孔径雷达大气补偿方法。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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