基于星载合成孔径雷达干涉测量技术的数字高程模型生成研究

摘要

本文以获取高质量的DEM为最终目的，研究了星载重复轨迹干涉测量生成数字高程模型的基本理论和实际数据处理技术，并利用ERS-1/2串行数据实现了荆江分洪区的高程测量。本文主要工作如下：　　1.基于干涉相位的统计特性，讨论了干涉相位与相干系数和视数的关系，重点分析了干涉相位和相干系数的估计问题，给出了实现无偏估计的复相干与多视处理相结合的处理方法。　　2.在讨论影响干涉相位质量因素的基础上，深入分析了基线去相干和多普勒去相干的成因及其对干涉相位的影响。针对ERS-1/2数据，设计并实现了距离和方位向上的谱移滤波；并以相干系数为干涉相位质量的评价标准，验证了谱移滤波能够有效消除去相干、改善干涉相位的质量。　　3.研究了干涉图形成过程出现的混叠效应对干涉相位质量的影响。分别以相干系数和残差点做为干涉相位图的评价依据，用实际数据分析了消除混叠效应的重采样处理技术的性能，并通过实验表明过采样处理技术能够有效地改善干涉相位质量。　　4.深入地探讨了平地相位的物理内涵，提出绝对平地相位和相对平地相位的概念；从理论上证明了频移法去除相对平地相位的原理，并提出一种基于地理定位的去绝对平地相位的方法。　　5.讨论基线对InSAR系统性能的影响，在分析比较几种典型基线估计方法性能的基础上，依据基线的定义提出一种简单有效的基线估计方法——配准轨道法。　　6.在讨论前向地理编码和后向地理编码方法的基础上，基于后向地理编码实现了基于DEM的干涉相位图模拟；并与地形模拟结合起来构成干涉相位模拟器，实现了基于模拟地形数据和真实轨道数据的相位图模拟。　　7.在上述研究的基础上，给出InSAR处理的详细处理流程，并依据此流程使用ERS-1/2串行数据实现荆江平原分洪区的高程测量。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

1绪论

1.1数字高程模型及应用

1.2合成孔径雷达干涉测量技术

1.2.1 InSAR测量模式

1.2.2发展及现状

1.3本文研究目的和内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

1.4论文结构

2重复轨迹干涉测量技术

2.1引言

2.2SAR简介

2.2.1

2.2.2合成孔径原理

2.2.3系统理论模型

2.2.4成像处理

2.2.5图像特点

2.3干涉测量原理

2.3.1基本测量原理

2.3.2空间矢量模型

2.3.3二维几何模型

2.4干涉相位的观测特性

2.5干涉测量的数据处理

2.6InSAR测高精度的影响因素分析

2.7小结

3高质量干涉相位图生成

3.1引言

3.2干涉相位的统计特性

3.2.1干涉图、干涉相位和复相干

3.2.2干涉相位的统计特性

3.2.3干涉相位的估计

3.3相干系数

3.3.1相干系数和信噪比的关系

3.3.2相干系数的估计

3.4影响干涉相位质量的因素

3.5谱移滤波

3.5.1巨离向滤波

3.5.2方位向滤波

3.5.3谱移滤波的实验结果及分析

3.6混叠效应对干涉相位的影响分析

3.6.1混叠的发生

3.6.2重采样处理

3.6.3处理效果的相干性分析

3.7多视处理和复相干估计对干涉相位的影响

3.7.1多视处理

3.7.2复相干估计

3.7.3处理流程对干涉相位的影响

3.8平地效应及其处理方法

3.8.1平地效应

3.8.2去平地效应的方法

3.9小结

4基线估计

4.1引言

4.2轨道和基线

4.2.1轨道基础知识

4.2.2基线模型

4.3基线对InSAR系统性能的影响

4.3.1对相干性的影响

4.3.2系统对基线精度的要求

4.3.3最优基线参数

4.4几种典型基线估计方法

4.5配准轨道法

4.6小结

5高度图生成与地理编码

5.1引言

5.2相位高度变换

5.2.1基于相对相位的相位高度变换

5.2.2基于绝对相位的相位高度变换

5.2.3基于多项式拟合的Schwabisch法

5.3地理编码

5.3.1空间坐标参考系统

5.3.2前向地理编码

5.3.3后向地理编码

5.4干涉相位图模拟器

5.4.1干涉相位图模拟

5.4.2地形数据模拟

5.4.3实验结果

5.5InSAR DEM质量评价的相关问题

5.5.1高程的定义

5.5.2 DEM质量

5.5.3 DEM的误差定义

5.5.4高度图的验证

5.6小结

6应用实验研究

6.1实验数据说明

6.1.1 ERS图像

6.1.2参考DEM

6.2实验结果

6.3实验结果分析

7结束语

参考文献

博士期间发表的论文

致谢