一種基于非線性優(yōu)化策略的SBAS-DInSAR方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是指一種基于非線性優(yōu)化策略的小基線集 合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 小基線集合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量（SBAS-DInSAR)技術(shù)是一種將SAR圖像按照 小基線原則組合成若干個(gè)子集，即：集合內(nèi)基線距較小而集合間基線距較大，再利用在長(zhǎng)時(shí) 間間隔內(nèi)地表散射特性保持穩(wěn)定的高相干點(diǎn)相位信息，建立高相干點(diǎn)的差分相位模型，通 過模型的解算來獲取地表形變的測(cè)量技術(shù)。如何有效解算高相干點(diǎn)形變速率是保證高精度 地表形變測(cè)量的關(guān)鍵因素之一。
[0003] 傳統(tǒng)的SBAS方法利用解纏后的差分干涉相位，結(jié)合線性最小二乘法，并利用奇異 值分解（SVD)方法聯(lián)合小基線集求得最小范數(shù)最小二乘解。然而，該方法需要相位解纏，雖 已有多種相位解纏算法，但各有其弊端，且在時(shí)間跨度較大的時(shí)序圖像中，由于地表形變情 況復(fù)雜，往往導(dǎo)致解纏算法在某些區(qū)域解纏效果不理想，相位解纏的可靠性將直接影響此 方法的有效性。同時(shí)，解纏算法時(shí)間復(fù)雜度極高，使得該方法效率較低。
[0004] 因此，針對(duì)SBAS-DInSAR地表形變測(cè)量技術(shù)，如何實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的解算結(jié)果 是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于非線性優(yōu)化策略的 SBAS-DInSAR方法。該方法無需相位解纏即可實(shí)現(xiàn)對(duì)方程的解算，通過建立纏繞的差分干涉 相位的非線性模型，構(gòu)造與地表形變速率相關(guān)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，然后通過擬牛頓方法解算 方程并提取地表形變信息，實(shí)現(xiàn)了一種新的SBAS-DInSAR地表形變測(cè)量方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 基于非線性優(yōu)化策略的SBAS-DInSAR方法，包括以下幾個(gè)步驟：
[0008] 步驟一：輸入包含地表形變信息的長(zhǎng)時(shí)間SAR圖像序列，設(shè)共有K+1幅SAR圖像， 獲取時(shí)刻分別為h，h，…，t K，其中K是正整數(shù)；對(duì)SAR圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括配準(zhǔn)、干涉、 去除參考面相位、去除地形相位，獲得差分干涉相位圖像序列；設(shè)所述差分干涉相位圖像序 列包括M幅差分干涉相位圖像，其中M是正整數(shù)；第j幅差分干涉相位圖像中主圖像和輔圖 像的獲取時(shí)刻分別為和，j是小于或等于M的正整數(shù)，IE^P IS ^是小于或等于K的 非負(fù)整數(shù)，且IE」> IS j;
[0009] 步驟二：對(duì)所述差分干涉相位圖像序列，提取高相干點(diǎn)，設(shè)高相干點(diǎn)的數(shù)量為H， 其中H是正整數(shù)；第h個(gè)高相干點(diǎn)記為x h，第j幅差分干涉相位圖像中第h個(gè)高相干點(diǎn)的非 纏繞差分干涉相位記為ΔΦ；Γ(?)，其中h是小于或等于H的正整數(shù)；
[0010] 步驟三：對(duì)第j幅差分干涉相位圖像的第h個(gè)高相干點(diǎn)Xh有：
[0012] 其中，和分別為高相干點(diǎn)知在時(shí)刻和時(shí)刻由于地
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于非線性優(yōu)化策略的SBAS-DInSAR方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟： 步驟一：輸入包含地表形變信息的長(zhǎng)時(shí)間SAR圖像序列，設(shè)共有K+1幅SAR圖像，獲取 時(shí)刻分別為V h，…，tK，其中K是正整數(shù)；對(duì)SAR圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括配準(zhǔn)、干涉、去除參 考面相位、去除地形相位，獲得差分干涉相位圖像序列；設(shè)所述差分干涉相位圖像序列包括 M幅差分干涉相位圖像，其中M是正整數(shù)；第j幅差分干涉相位圖像中主圖像和輔圖像的獲 取時(shí)刻分別為心,和k，j是小于或等于M的正整數(shù)，IEjP IS ^是小于或等于K的非負(fù)整 數(shù)，且 IEj> ISj; 步驟二：對(duì)所述差分干涉相位圖像序列，基于振幅信息提取高相干點(diǎn)，設(shè)高相干點(diǎn)的數(shù) 量為H，其中H是正整數(shù)；第h個(gè)高相干點(diǎn)記為xh，第j幅差分干涉相位圖像中第h個(gè)高相 干點(diǎn)的非纏繞差分干涉相位記為(A)，其中h是小于或等于H的正整數(shù)； 步驟三：對(duì)第j幅差分干涉相位圖像的第h個(gè)高相干點(diǎn)Xh有： ΑΦ'； (Xh)^ (X1iJil )-Φ"'' (xh,tISj) 其中，和Φ? (χΛ灰）分別為高相干點(diǎn)％在?/￡,時(shí)刻和&時(shí)刻由于地表形變 引起的相位； 步驟四：建立目標(biāo)函數(shù)：
其中，i是虛數(shù)單位；(D)m為矩陣D第ρ行第q列的元素，ρ為大于零且小于或等于M 的正整數(shù)，q為大于零且小于或等于K的正整數(shù)，t,和t η分別是第q幅和第q-Ι幅SAR圖 像的獲取時(shí)刻，1\和IE 5分別是第ρ幅差分干涉相位圖像中主圖像和輔圖像的序號(hào)，第ρ 幅差分干涉相位圖像由獲取時(shí)刻為和心P的SAR圖像干涉生成；λ為雷達(dá)波長(zhǎng)；ζ h為目 標(biāo)函數(shù)f ( ζ h)的自變量；為由1構(gòu)成的列向量；的第j個(gè)分量ΔΦΓ(Α)表示第 j幅差分干涉相位圖像中第h個(gè)高相干點(diǎn)的纏繞差分干涉相位； 步驟五：通過擬牛頓法對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行第一次優(yōu)化，提取高相干點(diǎn)的線性形變速 率； 步驟六：以線性形變速率作為迭代初值，對(duì)所述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行第二次優(yōu)化，計(jì)算總形變 速率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非線性優(yōu)化策略的SBAS-DInSAR方法，其特征在于， 步驟五的具體內(nèi)容為： 令： gUh)=-丨fUh)丨2=-fU h)f*Uh) 則地表形變速率等價(jià)于：
首先認(rèn)為Vh的各個(gè)分量相等，且均等于線性形變速率，求解線性形變速率Vf ; 在計(jì)算線性形變速率時(shí)，假定Vh的各個(gè)分量均等于線性形變速率vf，則上述地表形變 速率公式的最優(yōu)化問題等價(jià)于： /
_ _ ο ? 式中，為目標(biāo)函數(shù)MiT ·/)的自變量； 擬牛頓法迭代求解過程中，需使用目標(biāo)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)信息；對(duì)目標(biāo)函數(shù)g(din _/)求 導(dǎo)：
其中，。表示矩陣對(duì)應(yīng)元素相乘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于非線性優(yōu)化策略的SBAS-DInSAR方法，其特征 在于， 經(jīng)過第一次優(yōu)化獲得線性形變速率后，以Ca =Vf1 _/作為第二次優(yōu)化的迭代初值，對(duì)Vh 的各個(gè)分量進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算總形變速率； 使用擬牛頓法求解地表形變速率公式，在擬牛頓法求解過程中需要使用目標(biāo)函數(shù) guh)的一階導(dǎo)數(shù)：
結(jié)合擬牛頓法即求解地表形變速率Vh。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于非線性優(yōu)化策略的SBAS-DInSAR方法，涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。該方法無需相位解纏即可實(shí)現(xiàn)對(duì)方程的解算，通過建立纏繞的差分干涉相位的非線性模型，構(gòu)造與地表形變速率相關(guān)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，然后通過擬牛頓方法解算方程并提取地表形變信息，實(shí)現(xiàn)了一種新的SBAS-DInSAR地表形變測(cè)量方法。該方法避免了相位解纏算法引入的誤差，同時(shí)提高了形變演算效率；在僅利用纏繞相位的情況下仍能獲得高精度的地表形變結(jié)果，為地表形變測(cè)量提供了一種新的途徑。
【IPC分類】G01S13-90
【公開號(hào)】CN104730521
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510151811
【發(fā)明人】徐華平, 王碧君
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月1日