干涉SAR测高测速技术研究

论文摘要

干涉合成孔径雷达（InSAR）是合成孔径雷达（SAR）功能的扩展,有两种工作模式:切航迹干涉（CT-InSAR）和沿航迹干涉（AT-InSAR）,其中切航迹干涉具有获取地面高程的能力,沿航迹干涉具有检测地面慢速运动目标的能力。由于InSAR测量精度高以及全天候、全天时工作的特点,有着巨大的军用与民用价值,是目前SAR领域研究的热点之一。本文主要研究了InSAR技术中几个关键性的问题,如CT-InSAR中的图像配准、AT-InSAR中的运动目标检测及运动速度估计等,最后研究了混合基线下InSAR的相位分离问题。本文的主要工作有:1、详细阐述InSAR高程测量及运动目标检测的基本原理。给出了CT-InSAR的数学模型,指出在一定近似的条件下,干涉相位和高程之间存在线性关系;然后分析了AT-InSAR运动目标的回波模型,并对已有的检测方法作了分类和简要介绍。2、研究了CT-InSAR自适应图像配准的干涉相位估计方法。该方法的特点是将图像配准和干涉相位估计同时进行。文章在给出其数学模型及处理步骤的基础上,对方法作了改进,并用SIR-C/X-SAR实测数据对改进后的效果进行了验证。3、研究了基于协方差矩阵的运动目标检测方法。分析了小特征值法和非对角元素幅度差法,并提出一种基于协方差矩阵条件数的方法。与传统方法相比,该类方法的优点是杂波抑制效果好,但运算量稍大。4、研究了DPCA和DCFT相结合的运动目标运动速度估计方法。在DPCA检测出运动目标的基础上,用基于能量熵的DCFT估计出其多普勒参数,然后根据这些参数和运动速度之间的关系,可以得到目标的距离向和方位向速度。5、研究了混合基线情况下InSAR的相位分离问题。为了同时实现测高测速,可以将InSAR基线混合偏置,然后将所得到的干涉相位分离即可。文章推导了理论模型并通过计算机仿真对分离的可行性进行了验证,并指出在这种情况下可以先用基于协方差矩阵的运动目标检测方法检测出运动目标,然后再相位分离。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 合成孔径雷达概述
• 1.2 InSAR 成像技术及意义
• 1.3 SAR 运动目标检测技术及意义
• 1.4 干涉合成孔径雷达的发展
• 1.5 本文的结构安排
• 第二章 InSAR 工作的基本原理
• 2.1 前言
• 2.2 CT-InSAR 高程测量
• 2.2.1 CT-InSAR 高程测量的基本原理
• 2.2.2 CT-InSAR 高程测量的信号处理流程
• 2.3 AT-InSAR 运动目标检测的基本原理
• 2.3.1 运动目标的回波特性
• 2.3.2 目标运动对多普勒质心和调频斜率的影响
• 2.3.3 目标运动引起的距离徙动分析
• 2.3.4 SAR 运动目标检测方法的分类
• 2.4 本章小结
• 第三章 InSAR 图像的自适应配准技术
• 3.1 前言
• 3.2 信号统计模型
• 3.3 观测矢量的构造方法
• 3.4 自适应图像配准处理步骤
• 3.5 实测数据验证
• 3.6 改进的最优加权协方差矩阵估计
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于协方差矩阵的运动目标检测技术
• 4.1 前言
• 4.2 传统双通道SAR 运动目标检测的基本原理
• 4.2.1 DPCA 运动目标检测
• 4.2.2 ATI 运动目标检测
• 4.2.3 仿真实验
• 4.3 双通道SAR 图像域的协方差矩阵
• 4.4 基于小特征值的SAR 运动目标检测方法
• 4.4.1 理论分析
• 4.4.2 仿真验证
• 4.5 基于协方差矩阵条件数的SAR 运动目标检测方法
• 4.5.1 理论分析
• 4.5.2 仿真验证
• 4.6 利用协方差矩阵次对角线元素幅度差的运动目标检测方法
• 4.6.1 理论分析
• 4.6.2 仿真验证
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于多普勒参数估计的SAR 运动目标速度估计
• 5.1 前言
• 5.2 基于DCFT 的多普勒参数估计
• 5.2.1 DCFT 的定义
• 5.2.2 基于能量熵的DCFT 的定义
• 5.2.3 基于DCFT 估计多普勒参数的实现步骤
• 5.2.4 实测数据验证
• 5.3 基于DCFT 的运动目标的多普勒参数估计
• 5.4 仿真实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 混合基线InSAR 的相位分离方法研究
• 6.1 前言
• 6.2 混合基线InSAR 的系统模型
• 6.2.1 模型建立
• 6.2.2 混合相位分离
• 6.3 仿真实验
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果