一种利用史赖伯规则的InSAR干涉参数区域网平差方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用史赖伯规则的InSAR干涉参数区域网平差方法，属于区域网 平差技术领域。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR) 是一种高精度对地观测技术，目前主要应用于获取大规模、高精度数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM)。对于大区域、多个干涉像对的InSAR干涉参数定标，较好的方法是 利用区域网平差的干涉参数定标。这种方法充分利用不同InSAR数据重叠区的连接点高程 相等条件，能有效降低重叠处反演高程的差异。利用InSAR进行大区域地形测绘时，一般需 要采用多条带获取的大量InSAR像对来覆盖整个区域。此时，为了进行区域网平差干涉参 数定标，需要大量的连接点，相应的误差方程组系数矩阵和法方程系数矩阵的较大，不利于 计算机的答解与平差运算。例如申请号为201010208452. 0的专利文件，该文件公开了一种 InSAR区域网平差干涉参数定标与控制点加密方法，该方法在进行区域网平差时直接对连 接点的误差方程建立法方程，导致误差方程组系数矩阵和法方程系数矩阵的较大，不利于 后续的答解和平差运算。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种利用史赖伯规则的InSAR干涉参数区域网平差方法，以 解决目前平差过程中所建立的误差方程式和法方程式系数矩阵较大所导致不利于答解与 平差运算。
[0004] 本发明为解决上述技术问题提供了一种利用史赖伯规则的InSAR干涉参数区域 网平差方法，该平差方法包括以下步骤：
[0005] 1)获取图像覆盖范围内的高程控制点和各个干涉图的解缠结果；
[0006] 2)以每个干涉图像对为基本平差单元，利用高程控制点和不同像对重叠处的同名 连接点，根据InSAR干涉参数定标原理得到控制点误差方程和连接点误差方程；
[0007] 3)建立连接点误差方程的等效误差方程式，以该等效误差方程进行InSAR干涉参 数区域网平差的平差求解，以得到相应的干涉参数。
[0008] 所述步骤3)是采用利用史赖伯规则的虚拟误差方程式法建立的等效误差方程。
[0009]所述步骤3)中的InSAR干涉参数区域网平差的平差求解过程如下：
[0010] A.构建所建立的等效误差方程和控制点误差方程的法方程，以给定的干涉参数初 值答解该法方程得到干涉参数改正数；
[0011] B.根据解算出的未知数改正数对初值进行修正，并对上述计算过程进行迭代，直 至满足给定的收敛条件。
[0012] 本发明的有益效果是：本发明首先获取图像覆盖范围内适当数量的高程控制点和 各个干涉图的解缠结果；以每个干涉像对为基本平差单元，利用一定数量的高程控制点和 不同像对重叠处的同名连接点，根据InSAR干涉参数定标原理列误差方程式；利用史赖伯 规则，对连接点误差方程式构建等效误差方程式，利用该等效误差方程进行平差处理，答解 各干涉像对的基线参数和干涉相位偏置等干涉参数。本发明方法利用史赖伯规则，将连接 点误差方程式构建等效误差方程式，并以等效误差方程式进行InSAR干涉参数区域网平差 的平差求解，并从理论和实际应用上进行了分析，结果表明本发明可有效减小误差方程和 法方程系数矩阵大小，且，既降低了对计算机配置的要求，又提高了平差答解的效能。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明中利用史赖伯规则的InSAR干涉参数区域网平差流程图；
[0014] 图2为本发明中InSAR几何构型图；
[0015] 图3为本发明中以两套InSAR数据为例说明控制点和连接点分布图；
[0016] 图4为原始误差方程式构建法方程式过程示意图；
[0017] 图5为等效误差方程式构建法方程式过程示意图；
[0018] 图6为4套InSAR实验数据的控制点分布图；
[0019] 图7为4套InSAR实验数据的连接点分布图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0021] 本发明InSAR干涉参数区域网平差方法的流程如图1所示，具体包括以下处理步 骤：
[0022] 1.获取图像覆盖范围内适当数量的高程控制点和各个干涉图的解缠结果。
[0023] 2.以每个干涉像对为基本平差单元，利用一定数量的高程控制点的高程测量值 和计算值相等、不同像对重叠处的同名连接点的高程计算值相等为条件，根据InSAR干涉 参数定标原理列误差方程式，这里的误差方程式包括高程控制点误差方程和连接点误差方 程。
[0024] 3.构建连接点误差发成的等效误差方程式，利用构建的等效误差方程答解各干 涉像对的基线参数和干涉相位偏置，本发明在构建连接点误差方程的等效误差方程时，将 原始误差方程式中消去连接点高程这一类未知数，使每个连接点增加了一个虚拟误差方程 式，并利用改化后的连接点误差方程式和控制点的误差方程式一起构建法方程式，进行区 域网平差。
[0025] 由误差方程式构建等效误差方程式可采用逐个消元法、较差法和虚拟误差方程式 法，本实施例以虚拟误差方程式法为例进行说明，虚拟误差方程式法中遵循的原则又称为 史赖伯规则，下面对史赖伯规则进行一个简单的介绍。
[0026] 为了简要说明史赖伯规则，假定一组只含有三个未知数的原始误差方程式：
[0028]式中，x，y，z为未知数，对于第i(i = 1，2,…，n)个误差方程式，aybpCi为误差 方程式系数，I1为常数项，P ,为权值，n为误差方程式个数，n多3。如果不需要求解x，则可 以用方程组（2)和方程式（3)来替换方程组（1)，方程式（3)称为虚拟误差方程。
[0032] 本发明中，步骤2列原始误差方程式是对连接点误差方程式等效改化的基础，下 面对步骤2进行详细说明：
[0033] InSAR测高原理如图2所示，设主天线相位中心高程为H，地面点的高程为h， A1对目标点成像时的侧视角为0，两天线相位中心的距离为基线长度B，基线与水平方向的 夹角为a，R和R'分别为两天线相位中心到目标点的斜距，AR为斜距差（AR = R' -R)。
[0034] 由图2可知：
[0035] h= H-Rcos 0 (4)
[0036]即有：
[0038]由图2的几何关系可知，侧视角0与基线倾角a及角P的关系为：
[0043]联立式（6)和式（7)，并化简得：
[0045] 由于式（8)是关于干涉相位偏置巾。、基线长度B、基线倾角a以及高程值h的非 线性方程，进行InSAR干涉参数定标时需要进行线性化处理，线性化后误差方程式为：
[0046] V= b〇 A B+bi A a +b2 A (}) 0+b3 A h~l (9)
[0047] 对于机载双天线InSAR系统，各项系数为：
[0053] 其中B。为基线长度初值，a。为基线倾角初值，h。为高程初值，A R。为以干涉相位 偏置初值计算的斜距差初值。
[0054] 根据式（9)，得到误差方程简化为：
[0055] V = A A 0+C A g-L P (13)
[0056] 其中 A = [b0Id1 b2]，C = [b3]，A 〇= [ A B A a A 伞 0]T，A G= [ A h]，L = [1]， V= [v], P = [p] 〇
[0057] InSAR干涉参数区域网平差以每个干涉像对为基本平差单元，利用一定数量的高 程控制点，以不同像对重叠处连接点高程计算值相等为条件，根据InSAR干涉参数定标原 理列误差方程式，全区域统一进行平差处理，获得各个干涉像对的干涉参数。
[0058] 若整个区域参与平差的干涉像对数为t，对某个控制点j，将设它处于m个干涉像 对重叠处，t，则可以按照找（13)式列误差方程式，误差方程中的未知数即为m个干涉 像对的干涉参数改正数A M，A132，…，Afti，误差方程式为：
[0062] 式（15)中，干涉参数改正数系数矩阵，Pcr/为权矩阵；Vc^j= [vI V2… vJTnX1为残差向量；A _= [ A M A132…A J13nxi为干涉参数改正数向量；Lccpj= [Ilj I2j …IJTnixi为常数项向量，且有：
[0063]
[0064] 其中，A W=LAB1 Aai AUt为第i个干涉像对的干涉参数改正数向量，A u =[t^j bm b2i_j]第i个干涉像对上控制点j的干涉参数改正数系数向量。
[0065] 对于某个连接点k，假设它处于n个干涉像对重叠处，t，由于高程测量值未知， 误差方程中未知数除了 n个像对的干涉参数改正数A131, A132，…，八。"外，还包含该连接点 的高程改正数Aek，原始误差方程式为：
[0069]式（17)中，VTPk=[V I V2…vjTnX1 为残差向量；A TPk= [ A01A02 …A0J13nxi 为干涉参数改正数向量；Ask= [Ahk]为连接点k的高程改正数；Lrpk= [llk I2k…lnk]TnX1 为常数项向量;ATPk为干涉参数改正数系数矩阵，C TPk为连接点高程改正数系数矩阵，P TPk为 权矩阵，且有：
[0071]其中，Aik= [b Qik blik b2ik]第i个干涉像对上连接点k的干涉参数改正数系数向 量；Clk= [b 3lk]为第i个干涉像对上连接点k的高程改正数系数。
[0072] 在本发明中，如何利用史赖伯规则构建等效误差方程是关键技术，下面对该过程 进行详细