一種基于增采樣的干涉SAR相位解纏方法

徐華平 高 帥 尤亞楠

?

一種基于增采樣的干涉SAR相位解纏方法

徐華平*高 帥 尤亞楠

(北京航空航天大學電子信息工程學院 北京 100191)

干涉合成孔徑雷達測量地形高程時，復雜地形區域的干涉條紋過密會導致干涉相位解纏失敗，從而使得無法精確獲得地形高程信息。該文提出一種降低錯誤解纏率的新方法，通過對干涉復圖像進行增采樣，使得干涉條紋相位梯度降低，從而降低相位濾波和相位解纏處理的難度，降低相位解纏的錯誤率。利用干涉復圖像頻率與Nyquist頻率之間的關系，進行所提方法對地形的適應性分析。理論分析和仿真結果驗證了所提方法的有效性，尤其是對于符合Nyquist采樣的大坡度區域，該方法有很好的濾波和解纏效果。該文提出的方法不需要增加額外數據，實現簡單，運算速度快，可應用于干涉合成孔徑雷達的地面處理系統中。

合成孔徑雷達；干涉；相位解纏；增采樣；Nyquist頻率

1 引言

對于大坡度的復雜地形區域，干涉相位圖存在較密集和變化復雜的干涉條紋，相位濾波容易破壞密集條紋的變化特性，從而很難有效去除噪聲。另外，干涉條紋密集區域由于相位跳變過快，相位解纏比較困難，很容易出現解纏失敗的情況，導致最終的高程信息出現錯誤。為了簡化相位濾波和相位解纏處理，常用的方法是對密集的干涉條紋圖進行去平地，從而降低相位的梯度，使得干涉條紋變得稀疏。但是去平地處理是在整幅圖像上通過補償固定的地形坡度頻率來實現，只能使得特定范圍坡度地形的條紋頻率變稀疏，與該坡度相差較大坡度地形的條紋頻率仍然會很密集，因此無法從根本上解決條紋密集給相位濾波和解纏帶來的問題[8]。

本文利用信號采樣定理，分析了干涉條紋瞬時頻率與圖像采樣之間的關系，推導了滿足Nyquist采樣定理的條紋頻率范圍，并提出了基于增采樣的相位解纏方法。該方法在相位濾波之前加入增采樣處理，增加了纏繞周期內的像素點數，降低了干涉相位梯度，從而有利于相位濾波和解纏處理，能夠提高復雜地形密集條紋的解纏準確率。

本文第2節分析了干涉條紋頻率，基于信號采樣定理推導了滿足Nyquist采樣定理的瞬時頻率范圍及其對應的地形坡度范圍，并說明了利用增采樣可以提高該范圍內地形相位解纏的準確率。第3節提出了一種基于增采樣的相位解纏新方法，給出了其處理流程和每個處理步驟的具體實現方法；第4節利用仿真和真實數據演示了本文提出方法的有效性，定量化評估結果表明所提方法能夠有效改善復雜地形區域的相位解纏結果。

2 基于信號采樣定理的干涉條紋頻率分析

2.1干涉SAR相位解纏原理

2.2 SAR干涉復圖像瞬時頻率

在InSAR整個處理過程中，干涉復圖像的瞬時頻率是極其重要且有用的參數。瞬時頻率是干涉空間中條紋相位差分對空間的導數，圖1所示的干涉SAR空間幾何關系，可以得到斜距方向上，干涉復圖像信號相鄰兩點之間的瞬時頻率為[11]

圖1 雷達視角隨斜距變化的示意圖