专利名称：一种基于外部粗精度dem的初始相位偏置实时估计方法
技术领域：
本发明涉及一种基于外部粗精度DEM的初始相位偏置实时估计方法。
背景技术：
InSAR (干涉合成孔径雷达)技术可以获取场景中一个点的三维坐标距离向坐标、方位向坐标和高程坐标，从而实现目标的精确三维定位。随着硬件水平的提高和InSAR技术的进步，以及国防和经济生活需求的提高，DEM (数字高程模型)的实时获取变得日益紧迫而必要。利用实时干涉处理结果可以实时评估雷达数据质量，快速选择可处理和感兴趣的数据块，快速反应应对突发性自然灾害以及实现目标的实时精确三维定位。要实现DEM实时反演，则要实时获取绝对干涉相位，进一步需要实时估计初始相位偏置的数值。目前绝对干涉相位获取采用最多的方法是通过定标方法估计基线长度、基线倾角、时间延迟以及干涉相位偏置，从而确定整个图像的绝对干涉相位。关于无需地面控制点的绝对相位估计，有谱分段估计算法、残余延迟估计算法和基于相位偏置函数的估计方法。前两种方法速度较慢，且精度不高，η的估计精度只能达到±0. 5 ;最后一种方法估计精度很高，但要求进行两次相反方向飞行，运算量也较大，实时效率大受影响。
发明内容
为了解决实时DEM反演中的初始相位偏置估计问题，本发明提供了一种基于外部粗精度DEM的初始相位偏置实时估计方法。本发明解决上述问题的技术方案包括以下步骤I)分析初始相位偏置误差的影响因素，并建立量化关系；
2)针对初始相位偏置误差对DEM精度的影响建模，并获取初始相位偏置误差对DEM精度影响的定性与定量关系；3)由分析的上述定性与定量关系，确定参考高度是对初始相位偏置的一个重要影响因素，利用SRTM (航天飞机雷达地形测量任务)的粗精度DEM获取该场景的参考高度；4)根据获取的参考高度、定标场定出的参数及系统参数，由干涉几何关系计算理论绝对干涉相位；5)由计算的理论绝对干涉相位、双通道不一致延迟误差导致的初始相位偏置误差及展开相位估计初始相位偏置的数值。本发明的技术效果在于本发明利用SRTM系统提供的粗精度DEM数据，结合测区经纬度信息及InSAR系统参数，在飞行测绘前确定SRTM数据对应的测区4条边界的经纬度信息及计算垂直于航线方向的每列SRTM的DEM均值。在实时测绘时，根据载机飞行的实时机下点经纬度及利用飞行前存储的SRTM数据确定对应测区范围内的SRTM相应数值，利用这些数值求出DEM均值作为该段测区内的参考高度。进而根据求出的该测区参考高度、定标场定标后获取的参数(B，α和Ar)及双天线干涉几何关系计算理论绝对相位。最后利用实际场景中与SRTM求取参考高度时选用的对应比例区域，结合获取的展开相位实时确定初始相位偏置的数值。本发明解决了现有的初始相位偏置不能实时估计的问题，且估计精度也能满足绝大部分干涉产品的实际应用要求。下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的实现流程图。图2为本发明中应用的双天线干涉原理图。图3为本发明中的参考高度误差引起的几何关系变化图。图4为本发明中的不同δ Href/Href比值导致的初始相位偏置误差变化图。图5为本发明中的不同的基线倾角导致的初始相位偏置误差变化图。
图6为本发明中的不同的Href/H比值导致的初始相位偏置误差变化图。图7为本发明中的不同基线倾角由初始相位偏置误差导致的DEM误差随距离向的变化情况图。图8为本发明中的最近、参考和最远斜距处，初始相位偏置误差导致高程误差随基线倾角变化情况图。
具体实施例方式参见图1，图1为本发明的实现流程图。本发明的具体实施过程如下(I)由机载双天线干涉几何关系确定DEM反演公式。由图2机载双天线干涉SAR系统的干涉原理图，得DEM反演公式(I)。Θ 2= a -arcsin ( λ φ a/2 π BQ)h=H-Href-r2cos θ 2 (I)y=r2sin Θ2由该式可知，只要载机飞行高度H、基线长度与倾角B及α、视角Θ 2及斜距r2确定，就可通过绝对相位(K求得点P的高程。其中Q为系数，当标准模式Q=I ;乒乓模式时，Q=2。Href为目标的参考高度。由该原理图可知，由于干涉处理时采用的是三角函数计算方法，因此由两天线产生的干涉相位是缠绕相位Φψ。其数值并没有与真实地形的干涉相位相对应，相差2 π的整数倍，因此要对该相位进行相位展开获取非缠绕相位Φ 。但由于多种误差因素，该相位在整个场景中仍与式(I)要求的绝对相位CK相差一个常数相位值CK，称为初始相位偏置。Φ3=Φ +Φ0 ⑵(2)初始相位偏置误差影响因素分析I)初始相位偏置误差影响因素分析造成初始相位偏置误差的原因主要有两个，一是由于两路接收机通道的延迟线不同而产生的两通道间绝对延迟时间误差；二是相位展开中选择作为起始点的干涉相位并不是该点真实绝对相位值(此处主要由于该点采用参考高度不是其真实参考高度导致)。①两通道不一致延迟误差分析双天线系统中，由于计数器数值的设定误差会导致PRF与采样脉冲之间的延时与预设数值存在较大偏差；此外通道数据传输线的延迟也有一定影响，导致了系统设计的延时与实际不相符合。而两通道的不一致性会使两个通道存在一个固定延迟误差Ar12，造成干涉相位中存在一个常数相位误差。这种常数相位误差在传统干涉处理中可通过定标处理予以消除，但在取消了定标的实时系统中，这种不一致性要考虑在内，可以通过定标场的N个定标点求取两通道各自延迟误差再利用式(3)确定不一致延迟误差。Δ T12=Q · (ArfAr2)/2 (3)其中Ar1和Ar2分别为天线Al和天线A2到目标的绝对延迟时间误差引起的路径差。由此将引起的初始相位偏置误差为4 31 f τ Ar12/c,其中f τ为距离向频率。②参考高度误差对初始相位偏置的影响对初始相位偏置影响较大的是选择的相位展开起始点在相位展开后本身就与真实相位值相差了一个常数，从而使得展开相位整体上相差了一个常数相位偏差。这主要是相位展开起始点的本身参考高度与其真实参考高度有较大偏差的原因。图3给出了当参考高度HMf与真实值存在δ Href的误差时，引起的双天线路径差的变化情况。由该图的几何关系可得Τ*处的视角为
权利要求
1.一种基于外部粗精度DEM的初始相位偏置实时估计方法，包括以下步骤O分析实时DEM反演中的初始相位偏置误差的影响因素，并建立量化关系；2)初始相位偏置误差对DEM精度影响建模，并获取初始相位偏置误差对DEM精度影响的定性与定量关系，得到相应的影响曲线簇；3)根据步骤I)获得的量化关系确定参考高度是对初始相位偏置的一个重要影响因素， 利用SRTM的粗精度DEM获取该场景的参考高度；4)根据获取的参考高度、定标场定出的参数及系统参数，由干涉几何关系计算理论绝对干涉相位；5)根据理论绝对干涉相位、双通道不一致延迟时间误差导致的初始相位偏置误差及展开相位估计初始相位偏置的数值。
2.根据权利要求1所述的基于外部粗精度DEM的初始相位偏置实时估计方法，所述步骤I)包括以下步骤确定对初始相位偏置误差影响的两个主要因素两通道不一致延迟误差及参考高度误通过定标场的N个定标点确定两通道不一致性延迟误差 Ar12=Q · (Ar1-Ar2)/2 (I)由此引起的初始相位偏置误差大小为4π ·τ Ar12/C。其中Q为雷达工作方式，乒乓模式时，Q=2 ;标准模式时，Q=I0 Ar1和Ar2分别为天线A1和天线A2到目标的绝对时间延迟误差而产生的路径差；当成像区域的参考高度与真实值Href存在的误差时，将引起双天线路径差的变化，目标处的视角将由ΘΤ变为~
3.根据权利要求1所述的基于外部粗精度DEM的初始相位偏置实时估计方法，步骤2) 中建立的初始相位偏置误差与高程误差的模型为
全文摘要
本发明公开了一种基于外部粗精度DEM的初始相位偏置实时估计方法。它包括以下步骤获取影响因素对初始相位偏置误差的量化关系；确定初始相位偏置误差对DEM的定性与定量影响关系；根据外部粗精度DEM确定成像区域的参考高度；由系统参数、飞行前定标场获定出的参数及获取的参考高度，结合干涉几何关系计算理论绝对干涉相位；由理论干涉相位、双通道不一致延迟误差产生的初始相位偏置误差及展开相位确定初始相位偏置的数值。本发明针对目前DEM反演中不能实时提供较高精度初始相位偏置的问题，提出了高精度初始相位偏置实时估计，在实时DEM反演中能实时产生满足实际测绘需求的较高精度的初始相位偏置。
文档编号G01S7/40GK103033813SQ20121059055
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者陈立福, 樊绍胜, 黄亚飞, 谢文彪, 彭曙蓉, 王海亮, 韩松涛 申请人:长沙理工大学