合成孔径雷达干涉图相位滤波方法的研究

论文摘要

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR),是通过信号处理技术对地面进行高分辨率成像的一种新式雷达,是现代雷达发展的前沿技术,在军事侦察和民用遥感方面都有重要价值。SAR遥感不受天气因素干扰,能够穿透云层和树林对地面成像。此外,波长较长的电磁波还对地物有一定的穿透能力,可对地表以下作进一步观测。因此,SAR已经逐渐成为军事侦察和对地遥感的主要手段之一。干涉合成孔径雷达(Interferometric SAR,InSAR),是现代SAR发展的重要方向,可以获得地表的数字高程模型(Digital ElevationModel,DEM),实现对地表的三维测绘。从20世纪70年代至今,随着上述领域科技的突飞猛进,已经从理论研究阶段进入应用阶段,并在地形测绘、地震和火山监测以及地形沉降检测等方面取得大量富有开拓性意义的成果。在InSAR数据处理中,最重要的步骤是相位解缠(或相位展开),而相位解缠的结果受到干涉相位图质量的直接影响。由于基线(两卫星之间的距离)长度和系统本身性能的影响,干涉相位图将不可避免的引入大量的相位噪声。其噪声主要来源有InSAR系统本身的热噪声(thermal noise)、基线失相关(Spatialdecorrelation)、时间失相关(Time decorrelation)等。噪声的存在使得干涉图中出现大量相位奇异点,阻碍InSAR相位解缠,必须要对相位图滤波以降低相位噪声,提高其质量。论文的主要工作和创新点包括:1、介绍了干涉图的生成过程,分析了干涉条纹的特点和相位噪声的来源;2、对已有的相位滤波方法进行分类,分析和推导了一些比较重要的相位算法,并编程实现了这些算法。3、针对传统空间域滤波器的不足,提出一种新的滤波算法——基于有选择保边缘平滑法的SAR干涉图像滤波算法。该方法以方差作为各个邻域灰度均匀性的测度。分别对干涉图的实部和虚部进行平滑处理,不仅可以有效地抑制SAR干涉图像的相位噪声,较好地保持边缘细节,而且处理所得的图像结果有着良好的视觉效果。4、针对评价方法的片面性,提出一种综合评价的方法,分别选取两类指标中的一个,即相位梯度和的均值和边缘保持指数,通过一定的计算,就得出综合评价的标准。5、为了对不同的滤波方法的滤波效果进行评价,对模拟干涉图和真实干涉图分别从定性和定量的角度进行评价。均值、方差、残留点数、边缘保持指数和综合评价方法,验证了本文提出的新滤波方法的可行性和有效性.

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 国内外合成孔径雷达相位滤波的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 InSAR发展历史
• 1.2.2 相位滤波发展
• 1.3 本文的主要研究内容和结构安排
• 第二章 合成孔径雷达干涉图相位滤波方法综述
• 2.1 INSAR的基本原理
• 2.2 干涉图的生成和干涉条纹图的特点
• 2.2.1 单视复数影像数据
• 2.2.2 干涉图的生成
• 2.2.3 干涉噪音的来源
• 2.1.4 干涉条纹的特点
• 2.3 干涉图空域滤波
• 2.3.1 均值滤波法
• 2.3.2 中值滤波法
• 2.3.3 圆周期均值滤波法
• 2.3.4 圆周期中值滤波法
• 2.4 干涉图局部统计自适应滤波
• 2.4.1 Goldstein滤波方法
• 2.4.2 改进的Goldstein滤波方法
• 2.4.3 再次改进的Goldstein滤波方法
• 2.4.4 鲁棒加权圆周期滤波的算法
• 2.4.5 基于梯度的自适应滤波法
• 2.4.6 正余弦滤波法
• 2.4.7 INSAR干涉图PD算子滤波
• 2.4.8 基于各向异性扩散方程的滤波
• 2.5 干涉图几何滤波
• 2.5.1 Candeias形态学滤波算法
• 2.5.2 分层形态学滤波算法
• 2.5.3 基于灰度形态学滤波方法
• 2.6 分级滤波（基于小波变换的滤波算法）
• 2.6.1 静态小波分解
• 2.7 本章小结
• 第三章 有选择保边缘平滑的干涉图滤波法
• 3.1 有选择保边缘平滑法
• 3.2 有选择保边缘平滑的干涉图滤波法
• 3.3 实验处理结果
• 3.4 本章小节
• 第四章 滤波效果综合评价方法
• 4.1 衡量相位噪声抑制程度类指标
• 4.1.1 图像的均值和方差
• 4.1.2 图像在滤波抑制前后的等效视数ENL
• 4.1.3 点特征保持指数（PPI）
• 4.1.4 残留点
• 4.1.4 相位梯度的和值
• 4.2 衡量图像细节变化程度类指标
• 4.2.1 边缘保持指数（EPI）
• 4.2.2 快速噪音变化的评估
• 4.3 综合评价滤波效果的指标
• 4.3.1 实验结果与分析
• 4.4 本章小节
• 第五章 滤波实验及结果分析
• 5.1.仿真数据空域滤波实验结果比较
• 5.2 真实数据空域滤波实验结果比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位论文期间所发表的学术论文目录
• 致谢