InSAR叠掩与阴影检测技术

摘要

干涉合成孔径雷达技术是一种能够以高精度和高空间分辨率实现对地面三维测绘的重要遥感技术。它通过对同一地区进行多次观测成像来获得两幅或者多幅SAR图像，再根据干涉成像几何关系和复图像对上同名点之间的绝对相位差所反映的地面高程差来重构地面数字高程图。该技术在军事和科学研究中有着广泛的应用，其研究一直受到国内外的高度重视。叠掩和阴影现象是InSAR技术中的一个重难点，它们严重破坏 InSAR相位图的连续性从而影响后续处理步骤，但同时又几乎不可能完全避免。本文以星载InSAR系统为背景，基于单天线重复轨道模式的InSAR数据处理过程，针对InSAR成像中叠掩与阴影区域的检测问题展开研究。
　　本研究主要内容包括：⑴在InSAR干涉相位数学模型基础之上，详细推导了干涉相位分量的构成以及各个相位分量的数学表达式；研究推导了InSAR测量的灵敏度，包括SAR成像几何与高程精度的关系和地面高程与干涉相位的变化关系，并用ERS实际参数来验证，为叠掩与阴影区域检测作铺垫。⑵针对InSAR复图像的成像几何模型，研究了干涉图像的相干系数和幅度在叠掩与阴影区域的分布情况，深入挖掘其与三类图像区域之间的联系，从而提出一种融合这两种特征信息的叠掩与阴影区域的检测方法，通过仿真数据验证了该方法的有效性。⑶针对InSAR复图像的信号模型，导出叠掩与阴影区域的相位畸变性，得出其导致无法进行相位解缠的原因，进一步对干涉信号的协方差矩阵进行谱分析，得出其特征值分布与三类区域之间的紧密关系，从而提出一种基于协方差矩阵的叠掩与阴影区域的检测方法，将相位畸变区域从正常干涉区域中区分出来，保证了InSAR后续处理的连续性和可靠性。⑷以统计学习理论为基础，重点研究了高斯核函数对InSAR正常干涉区域概率密度函数的估计。进一步推导出叠掩和阴影的CFAR检测的解析表达式，从而提出基于核密度估计与 CFAR的叠掩与阴影区域的检测方法，通过三组仿真数据有效评估了该方法的有效性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状与发展趋势

1.3 论文主要工作与组织结构

第二章 InSAR相位数学模型分析

2.1 引言

2.2 InSAR系统构成

2.3 InSAR干涉相位分量组成

2.4 InSAR干涉相位灵敏度分析

2.5 本章小结

第三章 基于InSAR干涉信息的叠掩与阴影区域检测

3.1 引言

3.2 基于InSAR干涉相关性及幅度信息的区域检测

3.3 基于干涉信号协方差矩阵的区域检测

3.4 本章小结

第四章 基于核密度估计与CFAR的InSAR叠掩与阴影检测

4.1 引言

4.2 核函数密度估计基本原理

4.3 基于InSAR幅度CFAR检测原理

4.4 实验结果分析与评估

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果