一种基于增采样的干涉SAR相位解缠方法

徐华平 高 帅 尤亚楠



一种基于增采样的干涉SAR相位解缠方法

徐华平*高 帅 尤亚楠

(北京航空航天大学电子信息工程学院 北京 100191)

干涉合成孔径雷达测量地形高程时，复杂地形区域的干涉条纹过密会导致干涉相位解缠失败，从而使得无法精确获得地形高程信息。该文提出一种降低错误解缠率的新方法，通过对干涉复图像进行增采样，使得干涉条纹相位梯度降低，从而降低相位滤波和相位解缠处理的难度，降低相位解缠的错误率。利用干涉复图像频率与Nyquist频率之间的关系，进行所提方法对地形的适应性分析。理论分析和仿真结果验证了所提方法的有效性，尤其是对于符合Nyquist采样的大坡度区域，该方法有很好的滤波和解缠效果。该文提出的方法不需要增加额外数据，实现简单，运算速度快，可应用于干涉合成孔径雷达的地面处理系统中。

合成孔径雷达；干涉；相位解缠；增采样；Nyquist频率

1 引言

对于大坡度的复杂地形区域，干涉相位图存在较密集和变化复杂的干涉条纹，相位滤波容易破坏密集条纹的变化特性，从而很难有效去除噪声。另外，干涉条纹密集区域由于相位跳变过快，相位解缠比较困难，很容易出现解缠失败的情况，导致最终的高程信息出现错误。为了简化相位滤波和相位解缠处理，常用的方法是对密集的干涉条纹图进行去平地，从而降低相位的梯度，使得干涉条纹变得稀疏。但是去平地处理是在整幅图像上通过补偿固定的地形坡度频率来实现，只能使得特定范围坡度地形的条纹频率变稀疏，与该坡度相差较大坡度地形的条纹频率仍然会很密集，因此无法从根本上解决条纹密集给相位滤波和解缠带来的问题[8]。

本文利用信号采样定理，分析了干涉条纹瞬时频率与图像采样之间的关系，推导了满足Nyquist采样定理的条纹频率范围，并提出了基于增采样的相位解缠方法。该方法在相位滤波之前加入增采样处理，增加了缠绕周期内的像素点数，降低了干涉相位梯度，从而有利于相位滤波和解缠处理，能够提高复杂地形密集条纹的解缠准确率。

本文第2节分析了干涉条纹频率，基于信号采样定理推导了满足Nyquist采样定理的瞬时频率范围及其对应的地形坡度范围，并说明了利用增采样可以提高该范围内地形相位解缠的准确率。第3节提出了一种基于增采样的相位解缠新方法，给出了其处理流程和每个处理步骤的具体实现方法；第4节利用仿真和真实数据演示了本文提出方法的有效性，定量化评估结果表明所提方法能够有效改善复杂地形区域的相位解缠结果。

2 基于信号采样定理的干涉条纹频率分析

2.1干涉SAR相位解缠原理

2.2 SAR干涉复图像瞬时频率

在InSAR整个处理过程中，干涉复图像的瞬时频率是极其重要且有用的参数。瞬时频率是干涉空间中条纹相位差分对空间的导数，图1所示的干涉SAR空间几何关系，可以得到斜距方向上，干涉复图像信号相邻两点之间的瞬时频率为[11]

图1 雷达视角随斜距变化的示意图