一种DEM辅助的InSAR解调调制处理方法与流程

本发明涉及雷达干涉测量技术领域，具体涉及一种dem辅助的insar解调调制处理方法。

背景技术

合成孔径雷达干涉测量(interferometricsyntheticapertureradar,insar)就是通过对同一地区具有一定视角差的主辅单视复数图像(slc,singlelookcomplex)做相干处理，得到并处理复干涉纹图的相位信息，再根据相位高程转换几何模型提取地表高程及高程变化信息的技术。该技术最大的特点就是处理的数据为相位信息，而相位是波长和周期的函数，具有时空的双重意义，易受时空的影响导致误差的产生。为了更加准确地去除相位误差，获得高精度的高程信息，外部dem辅助雷达干涉测量已受到越来越多地重视。

相位误差是利用insar技术生成dem(digitalelevationmodel,数字高程模型)的主要误差源，相位误差越大，利用其解算的高程信息误差也越大，尤其在大坡度、非连续、叠掩等地形复杂地区，多出现干涉相位欠采样和频谱混叠现象，相位误差一般会更大。常规干涉方法往往在相位欠采样和频谱混叠区域出现解缠空洞甚至无法解缠的现象，以致于无法得到准确的高程或形变信息，不足以满足山区地形测绘的需求。

目前，本领域研究者做了大量研究，但从调制解调的角度去理解insar技术少之又少，现有公开发表的文献中，仅有靳国旺曾给出思路，其将原始干涉图和仿真干涉图求差频看作调制，差分干涉图解缠结果和原始仿真干涉图求和频看作解调，但并未真正实现。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种dem辅助的insar解调调制处理方法，充分考虑了平地效应和地形相位对干涉条纹的加密影响，使条纹频率降到最低后再解缠，使复杂的相位解缠问题简单化。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种dem辅助的insar解调调制处理方法，包括以下关键步骤：

(1)确定覆盖sar影像区域的dem块，建立初始地理编码查找表；

(2)根据该dem块模拟sar幅度影像，通过主影像幅度图与模拟的sar幅度影像的精确配准不断精化地理编码查找表；

(3)利用精化后的地理编码查找表将制图坐标系下的外部dem转换到sar坐标系下，通过sar坐标系下的dem模拟包含平地效应和地形相位的干涉图interφ(flat+topo)，构建解调因子e^{-jφ(flat+topo)}；

(4)根据复傅里叶级数展开公式，利用(15)式求解复傅里叶系数，从滤波后的常规干涉图中解调出只包含形变相位的干涉图interdemod，最大限度降低常规干涉图的条纹频率；

(5)采用最小费用流方法对干涉图interdemod做相位解缠处理，得到interunw；

(6)将解缠后的干涉图重新调制，加回解调时减去的模拟干涉相位，得到重组干涉图interrecom＝interunw+interφ(flat+topo)。

(7)对重组干涉图做去除平地效应处理，得到最终干涉图interrecom+flatted。

所述步骤(3)和(4)利用解调原理，通过求解复傅里叶系数的方法从原始干涉图中去除平地效应引起的相位和地形相位，将条纹频率降为最低；步骤(6)利用调制原理，将解缠后的干涉图重新加回解调时减去的模拟干涉相位，得到重组干涉图。

有益效果：相对于现有技术，本发明将干涉图看作以低频相位为傅里叶系数调制到高频相位上的同相正交调制信号，利用dem模拟带有平地效应的地形相位，构建正交解调因子，将解调问题转化为求解复傅里叶系数的问题，解调出干涉图中的低频相位，最后再将解缠后的干涉图重新调制到包含地形相位的高频相位上，解决了常规干涉在地形复杂山区的相位解缠难题，最大限度降低条纹频率，提高相位解缠性能，从而改善dem的反演精度。这对于提高insar对复杂地形的适应能力有着重要的应用价值。

附图说明

图1是星载重复轨道insar几何原理示意图。

图2是dem辅助的insar解调调制干涉方法流程图。

具体实施方式

本发明人根据无线通信中“调制是将低频信号调制到高频载波上；解调则是从高频信号中解调出原始低频信号”的理论，认为“将原始干涉图和仿真干涉图求差频看作解调，差分干涉图解缠结果和原始仿真干涉图求和频看作调制”更为合理。

dem辅助的insar解调调制干涉充分考虑了平地效应和地形相位对干涉条纹的加密影响，使条纹频率降到最低后再解缠，使复杂的相位解缠问题简单化。

一种dem辅助的insar解调调制处理方法，如图2所示，包括以下关键步骤：

(1)确定覆盖sar影像区域的dem块，建立初始地理编码查找表；

(2)根据该dem块模拟sar幅度影像，通过主影像幅度图与模拟的sar幅度影像的精确配准不断精化地理编码查找表；

(3)利用精化后的地理编码查找表将制图坐标系下的外部dem转换到sar坐标系下，通过sar坐标系下的dem模拟包含平地效应和地形相位的干涉图interφ(flat+topo)，构建解调因子e^{-jφ(flat+topo)}；

(4)根据复傅里叶级数展开公式，利用(15)式求解复傅里叶系数，从滤波后的常规干涉图中解调出只包含形变相位的干涉图interdemod，最大限度降低常规干涉图的条纹频率；

(5)采用最小费用流方法对干涉图interdemod做相位解缠处理，得到interunw；

(6)将解缠后的干涉图重新调制，加回解调时减去的模拟干涉相位，得到重组干涉图interrecom＝interunw+interφ(flat+topo)。

(7)对重组干涉图做去除平地效应处理，得到最终干涉图interrecom+flatted。

所述步骤(3)和(4)利用解调原理，通过求解复傅里叶系数的方法从原始干涉图中去除平地效应引起的相位和地形相位，将条纹频率降为最低；步骤(6)利用调制原理，将解缠后的干涉图重新加回解调时减去的模拟干涉相位，得到重组干涉图。

具体如下：

如图1所示，主辅天线相位中心为s1，s2，两天线之间的距离为基线长度b，基线水平角为α，地面点p至主辅天线s1，s2的距离分别为r1，r2，s1的航高为h，地面点p的高程为h，对应侧视角为θ。

将配准后的图像对进行复共轭相乘得到复干涉纹图

式(1)中e^j(δφ)是一个复指数，根据欧拉公式可得

e^j(δφ)＝cosδφ+jsinδφ(2)

引入iq调制信号s(t)

s(t)＝acosw0t-bsinw0t(3)

其中，w0是角频率，t为时间。w0t代表了瞬时相位，因此可用w0t来代替δφ。

如(4)式所示，根据iq调制过程，cosδφ+jsinδφ可看做a＝1，b＝-j的iq调制信号，其iq调制过程可用复数相乘来实现。

进一步引入傅里叶级数，

其中，

当k＝1时，只有基波分量，即a0＝0，a1＝a，b1＝-b，可得f(t)＝s(t)。因此，信号的调制和解调过程就是傅里叶级数展开的一个应用。由于干涉图是复数数据，可引入复指数形式复傅里叶级数

其中

iq调制信号可进一步变换为

对比式(7)和式(9)，当c0＝0，时，即可通过求解复傅里叶系数解调出数据a和b

其中，real表示取实部，image表示取虚部。

因此，可用求复傅里叶系数的方法来实现解调，得到条纹最稀疏的干涉图。干涉图中的相位是多种相位分量之和，如式(11)所示，包括平地效应引起的干涉相位φflat，表现为与方位向近似平行的密集条纹；地形起伏引起的干涉相位φtopo，表现为反映地形高度变化的条纹；形变相位φdefo，表现为反映沿雷达视线方向移动的条纹；电磁波传输过程中大气波动引起的相位延迟φatmos以及其它相位噪声φnoise。

δφ＝φflat+φtopo+φdefo+φatmos+φnoise(11)

干涉图可进一步表示为

其中

式(13)中每一种相位都可看作iq调制信号，多种信号交织在一起，增加了相位解缠的难度。为了使复杂的相位解缠问题简单化，需最大限度地降低条纹频率。相位噪声φnoise可利用滤波算法滤除，大气波动引起的相位延迟φatmos可通过构建大气模型反演消除。本文借助dem模拟包含平地效应引起的相位与地形相位的干涉图，利用解调原理从原始干涉图中去除这两种相位，将条纹频率降为最低。因此，忽略φatmos和φnoise，再把φflat和φtopo两种相位合并，干涉图可表示为

式(14)可理解为将复信号作为傅里叶系数，与余弦和正弦信号通过欧拉公式展开)相乘，调制到较高的频率范围上因此，类比复傅里叶级数展开式，将看作ck，看作即可以用式(15)求复傅里叶系数的方法来实现解调。求取c1后再乘以2即可得到只包含形变相位的最稀疏条纹的干涉图。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。