利用空时资源联合处理的InSAR复杂地形立体测绘技术研究

传统InSAR获取了全球大部分地区的DEM，但对于高山地、城市等地形复杂及突变区域，仍是处理"盲区"。多基线InSAR是获取复杂地形DEM的有效手段，其研究重点为分布式或MIMO体制，虽理论上可获得相干性较好的干涉数据，但系统设计比较复杂，且面临时间、空间和相位三大同步问题，迄今为止还没有真正可用的多基线系统。本项目以现有InSAR系统为基础，利用这些系统多次航过形成的空时数据资源进行联合处理，形成虚拟的多航过多基线InSAR系统，对地形复杂及突变地区DEM获取的关键技术：时间去相干严重的长时间间隔干涉SAR图像配准策略、地形复杂地区的解layover以及高山地、城市等地形突变严重区域稳健的空时联合相位解缠绕等进行研究，突破传统模型，提出适合于地形复杂及突变地区高精度DEM获取的方法，为实现全球DEM立体测绘奠定技术基础。本项目成果对分布式卫星和MIMO卫星InSAR的研究也具有借鉴意义。

针对复杂地形InSAR测绘研究，本项目已经完成了项目申请书中的所有研究内容，完成了项目申请时的量化指标，共发表学术论文19篇，其中SCI检索论文7篇，EI检索论文12篇。申请发明专利3项，培养博士研究生两名，培养硕士研究生4名。在理论研究方面解决的问题和主要进展有：1. 提出了一种对干涉相位图的配准方法，此方法充分利用相位梯度信息,解决了单基线InSAR多航过数据处理中的干涉条纹图配准问题。2. 针对InSAR干涉相位滤波，提出了基于粗数字高程模型信息的干涉相位图生成方法以及基于最小二乘拟合频率估计的干涉相位图生成方法，解决了低相干区域和地形复杂区域的相位滤波问题；利用一种基于区域增长法的样本选择策略，解决了相位滤波时的独立同分布样本的选择问题。3. 提出通过偏置成像多普勒中心和对成像结果进行线性相位补偿，减小或消除斜视角对InSAR的影响，提高了数字高程模型的精度；提出了一种分布式卫星InSAR大规模数据快速高精度目标定位算法，能够得到高精度的目标定位近似闭式解，解决了InSAR目标快速定位的问题。4. 针对传统多基线InSAR处理稳健性差的特点，提出了基于聚类分析的中国余数定理多基线相位解缠绕方法，解决了相干性较差或噪声污染严重情况下的多基线相位解缠问题。提出了一种大规模数据相位解缠绕加权枝切线算法，解决了传统相位解缠绕算法内存占用大、执行效率低的缺点。5. 针对复杂地形的Layover现象，提出宽带阵模型充分考虑了层叠在一起的多个地面散射单元在不同SAR图像中的包络偏移问题，因此具有更加稳健的高程估计性能。利用地形搜索的方法，根据当前地形高程值计算包络偏移量，完成地面层叠单元的包络对齐，然后再对高程进行估计；二是联合距离像素处理方法，即假定这些Layover区域地面散射单元的包络位于SAR图像中相邻的距离单元内，联合利用当前像素及相邻距离像素的信息进行高程估计，以减小甚至消除包络未完全配准所带来的影响，从而获得更准确的高程估计值。6. 针对空时联合处理时的多航过基线问题，对两次航过获取的干涉数据进行精确的SAR成像、图像配准和干涉相位滤波处理，生成两幅干涉相位图，然后联合此两幅干涉相位图对局部高相干区域进行稳健的多基线相位解缠绕，获得多个地面目标点的高程信息，最后再结合两次航过间的干涉图对航过间干涉基线进行解模糊和估计。