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1、1999年12月国外地质勘探技术第6期·地球物理勘探·相位解缠算法的发展及其分析王超一、张红(中国科学院遥感应用研究所)。摘要相位解缠是干涉雷达(InsAR)技术测量地形高程的重要步骤之一由噪声和欠采。,样导致的相应不一致性是相位解缠的难点本文详细介绍了各种相位解缠算法并从理论上比较了各种算法的优缺点,分析了相位解缠算法未来的发展趋势。1概述-。在由合成孔径雷达的干涉数据(In关键的步骤是二维相位解缠L石AR的处,S最理过程如图1所示:AR)推导数字地形模型的处理过程中复图象l图象配准相正射投影纠正一一一州~一一⋯卜一仁困图1InSA斑勺主要处理
2、步骤,,给定同一地区的两幅复SAR图象这两幅从数学上讲给定一个二维相位矩阵,,,,图象的几何成像特征稍有不同这两幅图〔ghi,户为了解缠该矩阵需要对每个点(i。,,角首先要进行配准处理配准后基于像j)加上或减去2二的整数倍从而得到一个。:,,元方式的相位差正比于地形的高程这些连续的函数〔甲j〕即有:,,,;,,,相位差形成一种干涉模式这些相位差必j二,+2‘,K,为一二j汽巩“整数<巩““,7r须被解缠(加上或减去2的整数倍)才成二,i,一,,一〔{0盯l」i〔【o厅l](l)。,能生成地形高程然后通过正射投影正:相位解缠要兼顾两个方面一致性和,
3、对高程进行定标和重采样最后才能生成。精确性一致性是指在解缠后的矩阵。所需的DEM图,‘,〔必〕中任意两个点之间的相位差是与这。。两个点之间的路径无关的精确性则是指的真实断点(如顶底位移)造成的主要有。,解缠后的矩阵要能忠实地恢复原始相位函三种误差源第一种是热噪声第二种是。,数斑点(它是随机变量)第三种是天线效应,基本上现有的相位解缠的算法都是基造成的误差这种天线效应取决于天线的:“”、。于这样一个假设有可能推导出缠绕相间距雷达的带宽和成象的几何参数噪,,。位的离散的偏导数即邻近像元的相位差声的总和可以用相关系数P来表示当P。,,二二1时P二0这些
4、相位差的绝对值小于通过这些离图象的相位是完全相关当,。,。散的偏导数可以重建解缠相位如果相时地表的地形是完全不相关假定原始,,,位数据没有噪声和伪信号那么相位解缠图象采样充分当样点只有一半时真实相。,就非常简单和直截了当通过一个简单的位也是不变化的那么相位就可以保持一,,。“”积分程序提取出相位的偏导数然后沿垂致性如果能够识别出残差并且在残差,直线和水平线积分就可以生成解缠的地之间能选取合适的枝切点(防止有穿过这。,形高程模型实际上由于噪声和伪信号些枝切点的积分路径)就能够进行枝切法。。的效应往往造成相位数据的不连续这些的相位解缠对信号进行滤波能
5、够降低图影响对InSAR数据来说是非常普遍的,主象的残差,但它同时降低了最终得到的地要是雷达阴影、顶底位移、时间去相关和相形图的分辨率。在对相位差进行积分前,。位失真等因素引起的在噪声和伪信号的所有的残差(在此之前进行低通滤波)要与影响下,在某些点处,_上述的假设是不成立枝切点相连。那么相位积分时就不会有任的,这就导致了估算的解缠相位的离散偏何积分路径穿过枝切点。导数不一致,也就是说,它们不能形成一个这种方法的优势在于它隔绝了相位的“”。,。无旋的矢量场不一致因此阻止了相位误差的传递它。目前已经提出了在有噪声和伪信号的的缺点在于很难选择正确的枝切
6、位置。,“”,情况下进行相位解缠的方法近年来随残余一般情况下都是很密集地分布并,着li1SAR和D一AR且即使它们的分布是很稀疏的(例如进行InS研究的进一步深人,科学家们对相位解缠算法的研究也趋于成了滤波处理后)也不能很明确地确定枝切,。熟和完善相位解缠算法也逐渐地走向实点的位置用化和商业化。本文将详细介绍各种相位2.2最小二乘法,另一种相位解缠方法是基于最小二乘解缠算法并从理论上比较各种算法的优,。,缺点分析相位解缠法未来的发展趋势法通过最小二乘法来提取相位的偏导数,即由“”(即行和列的相位差)缠绕相位估2相位解缠算法分析“”,算出解缠相位的
7、梯度然后对梯度进行2.1枝切法积分找到解缠面,这个解缠面与偏导数最。、Goldstein等人于1988年提出了枝切适合这种技术在七十年代后期由Fried。,法他们指出:在缠绕序列中存在着两种Hud爵n和Hunt提出的igha和Romero在Gh。,1989年和1994年对这个算法进行了改进。可能的误差第一种是局部误差只有几,个点被噪声破坏掉;第二种是全程误差其因为这种算法不依赖于路径跟踪技术或枝,。,。中局部误差可能被传递而影响整个序列切技术所以它比较可靠另外这种方法。,全程“”的运算速度快它是利用离散的余弦变换误差是残差造成的残差是测量相,。位
8、中的局部误差主要是信号噪声或数据(D)找到解缠结果的1988年Takaj。和CT一2一,肠kahashi提出了一个类似的算法这个算t将多
