一种联合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于遥感影像的SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达）图像处 理领域，特别涉及一种联合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法。
【背景技术】
[0002] InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达干涉测量，以 下简称干涉SAR)，是在SAR的基础上发展起来的一项用于测量地形的实用技术，该技术是 对地观测领域快速高效获取地形信息和形变信息的重要技术手段，能够为重大自然灾害应 急等提供快速的信息保障服务，具有极大的实际应用潜力，是当前SAR技术领域的研究热 点之一。针对地形复杂区域，如何解决陡峭地形、破碎地貌带来的SAR影像叠掩、阴影问题， 以及干涉失相干、立体匹配盲区等问题，是当前InSAR技术实用化的瓶颈问题，也是InSAR 技术发展的重要研究方向。而综合应用StereoSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达立体测量，以下简称立体SAR)辅助InSAR技术，可有效提高解决失相 干问题的能力，减弱甚至消除叠掩、阴影所带来的信息缺失等问题，从而解决复杂地形、地 貌地区DEM (Digital Elevation Model，数字高程模型）提取问题。
[0003] 在立体SAR辅助InSAR技术方面，Crosetto等描述了立体SAR和InSAR结合生成 DEM的技术，该技术先对ERS-I和Radarsat影像对所生成的DEM进行精确几何定位，利用已 知的参考DEM进行验证，并研究它们的互补性，最终提出利用干涉和立体数据融合的方式 补偿大气对InSAR DEM生成的影响。d'Ozouville等利用ENVISAT ASAR影像对生成DEM。 结果表明，利用干涉和立体技术生成DEM具有高潜能。尽管干涉技术受到高植被区域低相 干的影响，但在其它区域显示出高精度；雷达立体测量在整个岛屿区域取得了一致的结果。 Eldhuset等联合COSMO-SkyMed和TanDEM-X卫星数据，利用立体和InSAR技术估计绝对高 程。干涉条纹图上反映的是相对高度，采用立体SAR技术可以量测获取自然或人造角反射 器的绝对高程参考值，利用TerraSAR-X和TanDEM-X生成的干涉条纹图获得地物的相对高 度信息，然后利用TerraSAR-X和COSMO-SkyMed形成的立体量测自然或人造角反射器的绝 对高程，这些自然或人造角反射器作为已知控制点，最终获得地物的绝对高程。虽然国外对 于综合利用干涉SAR和立体SAR技术有一定的研究，但是国内在这方面研究极少，且不够深 入。
【发明内容】
[0004] 本发明所述的联合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法，包括如下步骤：
[0005] 步骤10 :获取三幅影像，分别记为影像1、影像2和影像3 ;其中，影像1和影像2 构成干涉SAR影像对，影像1为主影像，影像2为辅影像；影像1和影像3构成立体SAR影 像对，其中影像1为左影像，影像3为右影像；
[0006] 步骤20 :对干涉SAR影像对进行复影像配准，通过影像配准系数将辅影像与主影 像的对应像点关联，并计算两副天线所接收到的信号的相位差史t
[0007] 步骤30 :以距离多普勒RD模型和干涉SAR影像对的相位方程构建InSAR成像几 何模型；
[0008] 步骤40 :对立体SAR影像对进行立体匹配；
[0009] 步骤50 :构建SAR立体模型；
[0010] 步骤60 :联合SAR立体模型和InSAR成像几何模型构建StereoSAR和InSAR联合 平差模型；
[0011] 步骤70,基于构建的StereoSAR和InSAR联合平差模型进行平差解算，获得DEM。
[0012] 优选的，在步骤10中，所述干涉SAR影像对是重复轨道干涉模式获取的SAR影像 对，或者是双天线干涉模式同时获取的SAR影像对。
[0013] 优选的，在步骤10中，所述立体SAR影像对是利用不同摄站获取的同一地区的具 有预设重叠度的两幅SAR影像。
[0014] 优选的，在步骤20中，采用公式一计算两副天线所接收到的信号的相位差f
[0016] 其中，λ是雷达波长，RJPR2分别为从主、副天线到目标的斜距，从主、副天线到 目标的斜距为同一地面点主、副影像的斜距。
[0017] 优选的，在步骤30中距离多普勒RD模型包括：距离方程和多普勒方程，采用公式 -表不：
[0020] 其中，Rtn是干涉SAR影像对主影像的初始斜距，m i是干涉SAR影像对主影像的距 离向像元大小，J1为干涉SAR影像对主影像对应的列号，B为基线长度，α为基线与水平 面的夹角，Θ为主影像视角，RJPR 2分别为同一地面点主、副影像的斜距，λ为雷达波长， A》为主影像传感器S1的位置矢量，（X t，Yt，Zt)为地面点t的物方地理坐标， 其中，上述各个位置为同一空间坐标系。
[0021] 优选的，采用公式三在步骤50中构建SAR立体模型：
[0024] 由于立体SAR影像对中的主影像为影像I，那么公式三中的F2、F3与公式二中的 F2、F3相同，此外F4、F5分别为距离方程和多普勒方程；另外，公式三中的Rq3是立体SAR影 像对右影像的初始斜距，m 3是立体SAR影像对右影像的距尚向像兀大小，j 3为立体SAR影像 对中右影像对应的列号，?；，为右影像传感器的位置矢量，（不。&，zF3) 为右影像传感器的速度矢量。
[0025] 优选的，在步骤60中采用公式四构建StereoSAR和InSAR联合平差模型：
[0027] 由于公式四为非线性方程，必须先利用公式四在地面目标点的初始值处 (Xt0，Y tD，ZJ进行泰勒展开，略去二次及以上各项，得到公式五所述的线性化误差方程；线 性化过程中需对目标点（X t，Yt，Zt)求偏导，这样目标点的求解就转化为了利用五个方程求 解三个未知数的最小二乘平差，其中，公式推导过程为：
[0028] V = BX-L 公式五
[0029] 在公式五中
[0031]其中：
[0059] 与现有技术相比，本发明所述的方法构建了 StereoSAR和InSAR联合平差模型，联 合StereoSAR和InSAR成像模型，将立体SAR获取的DEM和InSAR获取的DEM纳入到统一 坐标系中，统一平差，提高了 InSAR获取DEM的平面和高程精度。
【附图说明】
[0060] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 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。
[0061] 图1是本发明所述的一种联合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法的流程图。
[0062] 图2是本发明所述的InSAR成像几何关系图。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
[0064] 图1为本发明所述的一种联合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法的流程图。该 种联合StereoSAR和InSAR的DEM提取方法，联合StereoSAR立体模型和InSAR成像几何模 型构建联合平差模型，通过平差解算获取DEM ;相对于独立StereoSAR获取的DEM和InSAR 获取的DEM，联合平差提高了 DEM的平面和高程精度。其中，InSAR成像几何模型是以距离 多普勒（RD)模型和相位方程为基础建立的。距离方程、多普勒方程和相位方程是关于目标 点地理位置的函数；同样地，立体模型也是以RD模型为基础构建的，同样也是关于目标点 地理位置的函数。那么，利用联合立体模型和InSAR成像几何模型构建统一平差方程解求 目标点的三维地理坐标，这样目标点的解求就转化为利用五个方程求解三个未知数的最小 二乘平差问题。
[0065] 图2为本发明所述的StereoSAR和InSAR联合提取DEM的InSAR成像几何关系图。 StereoSAR和InSAR联合提取DEM，需要三幅影像，分别记为影像1、影像2和影像3。这三 幅影像为同侧获得，即同为左侧视或右侧视。若选择影像1为主影像，那么选择与影像1的 空间基线和时间基线相对较小的影像2作为干涉SAR影像对的副影像，影像3就作为立体 SAR影像对的右影