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專利名稱：多基線/多頻段干涉相位解纏頻域快速算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于遙感和信號(hào)處理的交叉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用干涉合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行多基線/多頻段條件下的干涉相位解纏的頻域快速方法。
背景技術(shù)：
一切將相位由主值或相位差值恢復(fù)為真實(shí)值的過程統(tǒng)稱為相位解纏，除了干涉合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用外，相位解纏在合成孔徑聲納、自適應(yīng)光學(xué)、核磁共振、地震處理等方面都有重要應(yīng)用。利用多部干涉合成孔徑雷達(dá)形成多基線或多頻段干涉可提高相位解纏的性倉泛。本發(fā)明以干涉合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用為例。傳統(tǒng)的單基線或單頻段干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)受干涉相位模糊和高程疊掩影響，在復(fù)雜地形區(qū)域相位解纏難度較大，極大地限制了單基線或單頻段干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的高精度全球測(cè)繪能力。多基線或多頻段干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的提出與實(shí)現(xiàn)則有效地提高了干涉合成孔徑雷達(dá)對(duì)復(fù)雜地形的測(cè)量精度和測(cè)量覆蓋能力。多基線或多頻段干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以充分利用其長(zhǎng)短基線或高低頻段獲取疏密不同的干涉相位條紋來提高相位解纏的性能，短基線或低頻段可以保證相位解纏的可靠性，長(zhǎng)基線或高頻段可以提高測(cè)量精度。因此多基線/多頻段干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)更具吸引力，是未來發(fā)展的趨勢(shì)。目前多基線/多頻段相位解纏方法主要有中國(guó)余數(shù)定律法、投影法以及線性組合法、迭代法、時(shí)域最小二乘法、Kalman濾波法、最大似然法、最大后驗(yàn)法、空-像域聯(lián)合子空間正交投影法和網(wǎng)絡(luò)流法等，其中多基線/多頻段時(shí)域最小二乘法的基本思想是使相位梯度估計(jì)值與多個(gè)相位梯度值加權(quán)和之差的平方和最小，等效于求解具有牛曼邊界的泊松方程，這種方法本質(zhì)是對(duì)誤差進(jìn)行平均，特點(diǎn)是十分穩(wěn)健，但效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種計(jì)算量小的多基線/多頻段相位解纏的頻域算法，該算法的基本思想是在頻域范圍內(nèi)使相位梯度估計(jì)值與多個(gè)相位梯度值加權(quán)和之差的平方和最小。本發(fā)明技術(shù)方案的思路是首先，針對(duì)各基線/各頻段的干涉相位圖，利用干涉相位圖的干涉相位觀測(cè)值計(jì)算在水平方向及垂直方向上的相位梯度值，并根據(jù)時(shí)域無旋條件計(jì)算相位梯度圖邊界上的相位梯度值。然后，對(duì)兩個(gè)方向上的相位梯度值進(jìn)行傅立葉變換得到相位梯度值的頻域函數(shù)，在相位梯度估計(jì)值的頻域函數(shù)與各基線/各頻段相位梯度值的頻域函數(shù)加權(quán)和之差的平方和最小約束條件下計(jì)算出滿足無旋條件的傅立葉系數(shù)的近似值。其后，對(duì)計(jì)算得到的滿足無旋條件的傅立葉系數(shù)近似值，進(jìn)行傅立葉反變換，得到滿足相位無旋條件的相位梯度估計(jì)值。最后，對(duì)得到的滿足無旋條件的相位梯度估計(jì)值進(jìn)行沿著任意路徑的積分，從而得到相位解纏值。本發(fā)明技術(shù)方案是假定通過多基線/多頻段觀測(cè)得到K幅干涉相位圖，其中第k幅干涉相位圖對(duì)應(yīng)第k條基線/第k個(gè)頻段，第k條基線/第k個(gè)頻段對(duì)應(yīng)的纏繞相位函數(shù)為j ，k=l, 2，觀，;m=0, I, 2,穀，-l;n=0, I, 2，糙，-I, M和N分別表示干涉相位圖的方位向和距離向點(diǎn)數(shù)。記第k幅干涉相位圖的垂直有效基線為bk (或記第k幅干涉相位圖的波長(zhǎng)為lk)，記第k幅干涉相位圖與第一幅干涉相位圖的垂直有效基線之比為a^bi/bj或記第k幅干涉相位圖與第一幅干涉相位圖的波長(zhǎng)之比為A=IkZl1X利用上述的觀測(cè)信息，完成以下步驟
第一步干涉相位圖的相位梯度值計(jì)算。本步驟對(duì)多基線/多頻段干涉相位進(jìn)行相位梯度值計(jì)算，同時(shí)根據(jù)相位的時(shí)域無旋條件計(jì)算相位梯度圖邊界上的相位梯度值。對(duì)每一幅干涉相位圖進(jìn)行下述計(jì)算第(I)步,計(jì)算非邊界上的相位梯度值。對(duì)第k幅干涉相位圖，用下式計(jì)算在水平方向即X方向的相位梯度D=，在垂直方
向即y方向的相位梯度Di
|Dx'k = W O k + 1 - j k }
I 1Y!,,+ In f'n= 0,1,2,K M- 2 n = 0,1,2,KN- 2 lD k = W(j s , j l( j
I m,nw m.n+1 J m,n，上式中W {X }表示取相位主值運(yùn)算。第(2)步計(jì)算邊界上的相位梯度值。
IDxk = 0 Dlk = 0
IM- IQ ，O-N- I
I D^kl ,= D"k, , + Dfkiil - DJf1 ,,(I Unt- N- I)
M- IjIi M- Lu - Ii,n u IM- l，ii - i , Kr1
Wl1 = Dt職+ Dfuu-M- I)第二步，傅立葉系數(shù)近似值計(jì)算。計(jì)算第k幅干涉相位圖X方向相位梯度值的傅立葉變換系數(shù)FpI和y方向相位梯
度值的傅立葉變換系數(shù)Fp5:qk，計(jì)算公式為
I M- I N- ITYm Ti/
Fx-k = 邋 Dxk exp(- i2p(』+ -9-))
M ^MNm'aM N"
P = 士V- exp(. j2p(EE+ ￡i))
Mn,'nM N"其中，p=0,1,K, M-l;q=0, 1，K，N_1。計(jì)算x方向相位梯度的傅立葉變換系數(shù)近似值卜和y方向相位梯度的傅立葉變
換系數(shù)近似值，計(jì)算公式為
似 ccb + C1C7Iy
W — ^ I P.q 12 p，q
P<1 —C.C, -I- c:c:—
Pi — C2C1^q + C 政
C1C1 + C2C2
其中
權(quán)利要求
1.一種多基線或多頻段相位解纏的頻域算法，其特征在于，包括下述步驟 假定通過多基線或多頻段觀測(cè)得到K幅干涉相位圖，K32，其中第k幅干涉相位圖對(duì)應(yīng)第k條基線或第k個(gè)頻段，第k條基線或第k個(gè)頻段對(duì)應(yīng)的纏繞相位函數(shù)為J L ^k=I, 2,觀，;m=0, I, 2,穀，-1;η=0, I, 2，糙，-I, M和N分別表示干涉相位圖的方位向和距離向點(diǎn)數(shù)； 記第k幅干涉相位圖的垂直有效基線為bk或記第k幅干涉相位圖的波長(zhǎng)為Ik ； 記第k幅干涉相位圖與第一幅干涉相位圖的垂直有效基線之比為apbi/bk或記第k幅干涉相位圖與第一幅干涉相位圖的波長(zhǎng)之比為Bk=I1Zl1 ； 利用上述的觀測(cè)信息和ak，完成以下步驟 第一步干涉相位圖的相位梯度值計(jì)算； 第(I)步，計(jì)算非邊界上的相位梯度值； 對(duì)第k幅干涉相位圖，用下式計(jì)算在水平方向即X方向的相位梯度Di，在垂直方向即y方向的相位梯度Di:
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多基線或多頻段相位解纏的頻域算法，其特征在于，計(jì)算第k幅干涉相位圖X方向相位梯度值的傅立葉變換系數(shù)F=和y方向相位梯度值的傅立葉變換系數(shù)F=，計(jì)算公式為
全文摘要
本發(fā)明提出一種多基線/多頻段相位解纏的頻域算法。技術(shù)方案的思路是首先，利用干涉相位圖的干涉相位觀測(cè)值計(jì)算在水平方向及垂直方向上的相位梯度值，并根據(jù)時(shí)域無旋條件計(jì)算相位梯度圖邊界上的相位梯度值。然后，對(duì)相位梯度值進(jìn)行傅立葉變換得到相位梯度值的頻域函數(shù)，在相位梯度估計(jì)值的頻域函數(shù)與各基線/各頻段相位梯度值的頻域函數(shù)加權(quán)和之差的平方和最小約束條件下計(jì)算出滿足無旋條件的傅立葉系數(shù)的近似值。其后，對(duì)傅立葉系數(shù)近似值進(jìn)行傅立葉反變換，得到滿足相位無旋條件的相位梯度估計(jì)值。最后，對(duì)得到的滿足無旋條件的相位梯度估計(jì)值進(jìn)行積分，從而得到相位解纏值。本發(fā)明在不影響精度的情況下，減少了相位解纏算法的計(jì)算量。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102621549SQ201110312439
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者何峰, 何志華, 余安喜, 孫造宇, 張永勝, 杜湘瑜, 王青松, 董臻, 金光虎, 陳祺, 黃海風(fēng) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)