一种基于非线性优化策略的SBAS-DInSAR方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达技术领域，具体地说，是指一种基于非线性优化策略的小基线集 合成孔径雷达差分干涉测量技术。
【背景技术】
[0002] 小基线集合成孔径雷达差分干涉测量（SBAS-DInSAR)技术是一种将SAR图像按照 小基线原则组合成若干个子集，即：集合内基线距较小而集合间基线距较大，再利用在长时 间间隔内地表散射特性保持稳定的高相干点相位信息，建立高相干点的差分相位模型，通 过模型的解算来获取地表形变的测量技术。如何有效解算高相干点形变速率是保证高精度 地表形变测量的关键因素之一。
[0003] 传统的SBAS方法利用解缠后的差分干涉相位，结合线性最小二乘法，并利用奇异 值分解（SVD)方法联合小基线集求得最小范数最小二乘解。然而，该方法需要相位解缠，虽 已有多种相位解缠算法，但各有其弊端，且在时间跨度较大的时序图像中，由于地表形变情 况复杂，往往导致解缠算法在某些区域解缠效果不理想，相位解缠的可靠性将直接影响此 方法的有效性。同时，解缠算法时间复杂度极高，使得该方法效率较低。
[0004] 因此，针对SBAS-DInSAR地表形变测量技术，如何实现高精度、高效率的解算结果 是十分必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提出一种基于非线性优化策略的 SBAS-DInSAR方法。该方法无需相位解缠即可实现对方程的解算，通过建立缠绕的差分干涉 相位的非线性模型，构造与地表形变速率相关的优化目标函数，然后通过拟牛顿方法解算 方程并提取地表形变信息，实现了一种新的SBAS-DInSAR地表形变测量方法。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 基于非线性优化策略的SBAS-DInSAR方法，包括以下几个步骤：
[0008] 步骤一：输入包含地表形变信息的长时间SAR图像序列，设共有K+1幅SAR图像， 获取时刻分别为h，h，…，t K，其中K是正整数；对SAR图像进行预处理，包括配准、干涉、 去除参考面相位、去除地形相位，获得差分干涉相位图像序列；设所述差分干涉相位图像序 列包括M幅差分干涉相位图像，其中M是正整数；第j幅差分干涉相位图像中主图像和辅图 像的获取时刻分别为和，j是小于或等于M的正整数，IE^P IS ^是小于或等于K的 非负整数，且IE」> IS j;
[0009] 步骤二：对所述差分干涉相位图像序列，提取高相干点，设高相干点的数量为H， 其中H是正整数；第h个高相干点记为x h，第j幅差分干涉相位图像中第h个高相干点的非 缠绕差分干涉相位记为ΔΦ；Γ(?)，其中h是小于或等于H的正整数；
[0010] 步骤三：对第j幅差分干涉相位图像的第h个高相干点Xh有：
[0012] 其中，和分别为高相干点知在时刻和时刻由于地
【主权项】
1. 一种基于非线性优化策略的SBAS-DInSAR方法，其特征在于，包括以下几个步骤： 步骤一：输入包含地表形变信息的长时间SAR图像序列，设共有K+1幅SAR图像，获取 时刻分别为V h，…，tK，其中K是正整数；对SAR图像进行预处理，包括配准、干涉、去除参 考面相位、去除地形相位，获得差分干涉相位图像序列；设所述差分干涉相位图像序列包括 M幅差分干涉相位图像，其中M是正整数；第j幅差分干涉相位图像中主图像和辅图像的获 取时刻分别为心,和k，j是小于或等于M的正整数，IEjP IS ^是小于或等于K的非负整 数，且 IEj> ISj; 步骤二：对所述差分干涉相位图像序列，基于振幅信息提取高相干点，设高相干点的数 量为H，其中H是正整数；第h个高相干点记为xh，第j幅差分干涉相位图像中第h个高相 干点的非缠绕差分干涉相位记为(A)，其中h是小于或等于H的正整数； 步骤三：对第j幅差分干涉相位图像的第h个高相干点Xh有： ΑΦ'； (Xh)^ (X1iJil )-Φ"'' (xh,tISj) 其中，和Φ? (χΛ灰）分别为高相干点％在?/￡,时刻和&时刻由于地表形变 引起的相位； 步骤四：建立目标函数：
其中，i是虚数单位；(D)m为矩阵D第ρ行第q列的元素，ρ为大于零且小于或等于M 的正整数，q为大于零且小于或等于K的正整数，t,和t η分别是第q幅和第q-Ι幅SAR图 像的获取时刻，1\和IE 5分别是第ρ幅差分干涉相位图像中主图像和辅图像的序号，第ρ 幅差分干涉相位图像由获取时刻为和心P的SAR图像干涉生成；λ为雷达波长；ζ h为目 标函数f ( ζ h)的自变量；为由1构成的列向量；的第j个分量ΔΦΓ(Α)表示第 j幅差分干涉相位图像中第h个高相干点的缠绕差分干涉相位； 步骤五：通过拟牛顿法对所述目标函数进行第一次优化，提取高相干点的线性形变速 率； 步骤六：以线性形变速率作为迭代初值，对所述目标函数进行第二次优化，计算总形变 速率。
2. 根据权利要求1所述的一种基于非线性优化策略的SBAS-DInSAR方法，其特征在于， 步骤五的具体内容为： 令： gUh)=-丨fUh)丨2=-fU h)f*Uh) 则地表形变速率等价于：
首先认为Vh的各个分量相等，且均等于线性形变速率，求解线性形变速率Vf ; 在计算线性形变速率时，假定Vh的各个分量均等于线性形变速率vf，则上述地表形变 速率公式的最优化问题等价于： /
_ _ ο ? 式中，为目标函数MiT ·/)的自变量； 拟牛顿法迭代求解过程中，需使用目标函数的一阶导数信息；对目标函数g(din _/)求 导：
其中，。表示矩阵对应元素相乘。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于非线性优化策略的SBAS-DInSAR方法，其特征 在于， 经过第一次优化获得线性形变速率后，以Ca =Vf1 _/作为第二次优化的迭代初值，对Vh 的各个分量进行优化，计算总形变速率； 使用拟牛顿法求解地表形变速率公式，在拟牛顿法求解过程中需要使用目标函数 guh)的一阶导数：
结合拟牛顿法即求解地表形变速率Vh。
【专利摘要】本发明公开了一种基于非线性优化策略的SBAS-DInSAR方法，涉及雷达技术领域。该方法无需相位解缠即可实现对方程的解算，通过建立缠绕的差分干涉相位的非线性模型，构造与地表形变速率相关的优化目标函数，然后通过拟牛顿方法解算方程并提取地表形变信息，实现了一种新的SBAS-DInSAR地表形变测量方法。该方法避免了相位解缠算法引入的误差，同时提高了形变演算效率；在仅利用缠绕相位的情况下仍能获得高精度的地表形变结果，为地表形变测量提供了一种新的途径。
【IPC分类】G01S13-90
【公开号】CN104730521
【申请号】CN201510151811
【发明人】徐华平, 王碧君
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月1日