師 君 馬 龍 韋順軍 時(shí)代奇 張曉玲 陳 剛

①(電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院 成都 611731)

②(西安測(cè)繪研究所 西安 710054)

基于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的Ka波段InSAR成像處理與分析

師 君*①馬 龍①韋順軍①時(shí)代奇①張曉玲①陳 剛②

①(電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院 成都 611731)

②(西安測(cè)繪研究所 西安 710054)

與其它波段相比，毫米波干涉SAR (InSAR)具有精度高、體積小的特點(diǎn)，是目前干涉SAR研究的重要方向之一。但由于較短的波長，其也給成像處理和干涉相位提取帶來了一定困難。該文利用毫米波段干涉SAR數(shù)據(jù)，采用流結(jié)構(gòu)后向投影(BP)算法結(jié)合IMU進(jìn)行了毫米波SAR成像和干涉相位分析。研究發(fā)現(xiàn)，由于毫米波波長短，對(duì)天線相位中心變化更為敏感，為了保證系統(tǒng)的干涉相位，必須利用IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了采用各自計(jì)算天線相位中心的策略，后向投影算法可以在成像過程中精確補(bǔ)償平地相位。

干涉SAR成像；成像性能分析；后向投影算法；基于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償

1 引言

與其它波段相比，Ka波段SAR穿透能力弱，能更好地反應(yīng)積雪、植被等地貌的高程信息，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。因此，近年來國外紛紛開展了Ka波段干涉SAR系統(tǒng)研制[1－5]。但另一方面，由于Ka波段波長更短，為了獲得良好的干涉相位，需要系統(tǒng)具有較好的通道一致性且成像方法具有較好的相位保持能力。

對(duì)于機(jī)載 SAR系統(tǒng)，由于風(fēng)場(chǎng)、湍流等因素的影響，天線相位中心軌跡較理想軌跡可能存在較大的偏差，嚴(yán)重影響SAR(特別是高波段SAR)圖像質(zhì)量，進(jìn)而影響高精度DEM提取等SAR應(yīng)用。由于傳統(tǒng)的距離-多普勒(RD)算法、CS算法都基于SAR的多普勒質(zhì)心、多普勒斜率模型，當(dāng)IMU測(cè)量數(shù)據(jù)較為復(fù)雜時(shí)，上述方法需要較大改進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)誤差的精確補(bǔ)償。與之相比，后向投影(BP)算法[6－11]采用逐點(diǎn)匹配的處理方法，可實(shí)現(xiàn)IMU數(shù)據(jù)與成像處理的充分結(jié)合，更適合于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)SAR成像處理。

本文基于實(shí)測(cè)Ka波段毫米波干涉SAR數(shù)據(jù)，對(duì)后向投影算法的在高分辨率 SAR成像以及干涉相位提取方面的性能進(jìn)行了分析。第2節(jié)首先回顧了流結(jié)構(gòu)BP算法的處理流程，并針對(duì)所處理數(shù)據(jù)由于距離向去斜率處理產(chǎn)生的存在的殘留相位問題，對(duì)BP算法的補(bǔ)償相位進(jìn)行了修正。第3節(jié)從成像的角度出發(fā)，分析了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的回波特征，IMU數(shù)據(jù)對(duì)成像結(jié)果的影響，以及去斜率處理對(duì)結(jié)果的影響。第4節(jié)從干涉相位的角度出發(fā)，對(duì)IMU數(shù)據(jù)、去斜率處理等對(duì)BP算法的保相性能進(jìn)行了分析，并初步驗(yàn)證了地距投影條件下，BP算法所特有的去平地能力。

2 流結(jié)構(gòu)后向投影算法

2.1 算法介紹

后向投影算法(BP)通過將回波數(shù)據(jù)逐點(diǎn)投影到圖像空間各像素，實(shí)現(xiàn)各散射點(diǎn)能量的積累。與其它方法相比，BP方法成像原理簡單，處理過程不存在任何近似誤差，可適用于各種模式 SAR成像處理，且便于進(jìn)行高精度運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。BP算法工作示意圖如圖1所示。

一般地，BP算法包括如下步驟：

步驟1 確定圖像空間

可以選擇距離-方位向作為投影空間，以使得BP算法成像結(jié)果與其它算法成像結(jié)果兼容，也可以選擇地面作為投影空間，以便于后續(xù)圖像處理，像素間隔應(yīng)略小于系統(tǒng)理論分辨率。

步驟2 距離壓縮與插值

為了提高成像質(zhì)量，需要對(duì)距離壓縮后數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，可選擇頻域sinc插值。

步驟3 計(jì)算距離歷史

給定某像素p，其距離歷史為：

其中，pAPC(n)表示天線相位中心在第n個(gè)PRI的位置，表示向量2范數(shù)，n為慢時(shí)間域，p為散射點(diǎn)位置。

步驟4 計(jì)算回波位置

根據(jù)圖1所示的雷達(dá)回波時(shí)序，某像素在第n個(gè)PRI對(duì)應(yīng)的回波位置為：

其中，[x]表示4舍5入取整，TDelay表示接收波門延時(shí)，c為光速，TPulse表示發(fā)射脈沖持續(xù)時(shí)間，κ表示頻域插值倍數(shù)，fs表示采樣頻率。

步驟5 相參積累

補(bǔ)償該散射點(diǎn)的多普勒相位，并將其投影到圖像空間中，

其中，fc為發(fā)射信號(hào)載頻，I(x,y)表示圖像空間，τ(n,p)為散射點(diǎn)到雷達(dá)的延時(shí)，“←”表示賦值操作。

步驟6 遍歷所有像素和PRI

通過上述操作，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)處理區(qū)域的成像處理。

2.2 去斜處理改進(jìn)

由于目前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)距離壓縮采用了去斜率處理技術(shù)，而去斜率處理會(huì)導(dǎo)致額外的方位向相位，因此在BP成像過程中，需要對(duì)殘留相位進(jìn)行補(bǔ)償。假設(shè)系統(tǒng)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，則單點(diǎn)目標(biāo)回波可表示為：

其中，t為快時(shí)間域，K為發(fā)射信號(hào)的調(diào)頻斜率，

去斜處理將回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)共軛相乘，即：

將線性調(diào)頻信號(hào)相位的平方項(xiàng)展開，可以得到去載頻和去斜率后的信號(hào)為：

圖1 BP算法工作示意圖Fig. 1 Illustration on BP algorithm

式(7)中包含 3個(gè)復(fù)指數(shù)分量。第 1項(xiàng)為傳統(tǒng)SAR系統(tǒng)的多普勒相位，產(chǎn)生方位向分辨率。第2項(xiàng)為快時(shí)間t的單頻信號(hào)，且頻率與目標(biāo)的延時(shí)相關(guān)，因此，通過傅里葉變換即可實(shí)現(xiàn)對(duì)去斜率處理信號(hào)的距離壓縮以及不同距離目標(biāo)的分辨。去斜率處理距離向的分辨率由傅里葉變換的頻率分辨率決定，并與發(fā)射信號(hào)的調(diào)頻斜率和采樣時(shí)間有關(guān)，兩者乘積即為發(fā)射信號(hào)的帶寬。因此，去斜率處理的距離向分辨率與脈沖壓縮系統(tǒng)相同，ρR=c/(2B)。

式(7)中的第 3項(xiàng)為去斜率處理產(chǎn)生的殘留相位，由于該項(xiàng)與快時(shí)間t無關(guān)，因此該項(xiàng)不會(huì)對(duì)距離壓縮產(chǎn)生影響。但是另一方面，由于其與慢時(shí)間n有關(guān)，因此該項(xiàng)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的方位向處理產(chǎn)生影響，需要在相位補(bǔ)償過程中加以補(bǔ)償。此時(shí)，后向投影算法的相位補(bǔ)償公式為：

3 成像性能分析

為了獲得較高的干涉相位，需要首先獲得高精度的各通道 SAR圖像，本節(jié)主要從信號(hào)特征，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和殘留相位3個(gè)方面，分析后向投影算法的成像性能。

3.1信號(hào)分析

為了分析圖像中強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)的信號(hào)特征，首先根據(jù)天線相位中心軌跡，采用式(2)計(jì)算強(qiáng)點(diǎn)在距離壓縮后數(shù)據(jù)中的位置，并逐一提取各位置處的復(fù)數(shù)據(jù)，如圖2(a)所示，可以看出，計(jì)算所得ID(紅色線段)與實(shí)測(cè)的強(qiáng)點(diǎn)回波良好吻合。

圖2(b)為強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)的方位向頻譜，可以看出其表現(xiàn)出了 SAR方位向信號(hào)典型的帶限信號(hào)特征。圖2(c)為強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)的時(shí)頻譜，可以看出其表現(xiàn)出了SAR方位向信號(hào)典型的線性調(diào)頻信號(hào)特征。圖2(d)為強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)的DCFT譜(Dechirp變換)，可以看出其與理想線性調(diào)頻信號(hào)的DCFT譜類似，但并非精確的十字結(jié)構(gòu)，表明該強(qiáng)點(diǎn)可能并非嚴(yán)格意義上的單點(diǎn)目標(biāo)。

3.2 IMU數(shù)據(jù)分析

假設(shè) SAR系統(tǒng)天線相位中心實(shí)際軌跡為，給定散射點(diǎn)p，回波對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離歷史為：

圖2 Ka波段SAR強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)的回波特征Fig. 2 Signal characteristics of Ka-band SAR data

在實(shí)際軌跡未知的條件下，成像過程往往假設(shè)平臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，用于補(bǔ)償?shù)木嚯x歷史為：

和之間的誤差即為運(yùn)動(dòng)誤差，其導(dǎo)致兩方面的影響：在補(bǔ)償距離走動(dòng)效應(yīng)時(shí)，計(jì)算ID可能存在偏差，導(dǎo)致遺漏散射點(diǎn)的部分回波，并進(jìn)入了額外的噪聲數(shù)據(jù)；在計(jì)算補(bǔ)償相位時(shí)出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致無法完全補(bǔ)償散射點(diǎn)的多普勒相位，影響圖像聚焦和干涉相位精度。其中，第1類誤差對(duì)距離歷史精度要求為距離分辨率級(jí)，一般為分米級(jí)；第2類誤差對(duì)距離歷史精度要求為亞波長級(jí)，一般需要達(dá)到毫米級(jí)。

為了進(jìn)一步分析，可以對(duì)式(9)和式(10)做差，得到距離歷史誤差近似公式為：

其中，e(n)為天線相位中心實(shí)際軌跡與直線近似軌跡之差。

式(11)的第1項(xiàng)為平臺(tái)到散射點(diǎn)的方向矢量，式(11)的物理意義十分清晰，即距離誤差為天線相位中心軌跡誤差沿距離向的投影。按照合成孔徑雷達(dá)理論，為了實(shí)現(xiàn)精確成像，相位誤差應(yīng)控制在波長的1/8以內(nèi)，對(duì)于Ka波段，距離誤差應(yīng)小于0.5 mm。圖3為IMU測(cè)量得到的實(shí)際誤差?？梢钥闯?，平臺(tái)較直線軌跡的偏移量達(dá)到了至少分米量級(jí)。

因此，必須利用 IMU測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。相應(yīng)地，根據(jù)SAR相位補(bǔ)償對(duì)誤差要求，IMU測(cè)量精度也應(yīng)達(dá)到毫米量級(jí)。需要說明的是，1/8的相位誤差條件基于隨機(jī)噪聲相位模型。針對(duì) IMU測(cè)量系統(tǒng)，需要保證預(yù)處理后(濾波、擬合等)的天線相位中心軌跡足夠光滑，隨機(jī)抖動(dòng)小于1 mm。對(duì)于 IMU測(cè)量單元的隨機(jī)游走類偏差以及卡爾曼濾波導(dǎo)致的偏差，仍需要進(jìn)一步根據(jù)誤差類型加以分析。保守地說，上述誤差在一個(gè)孔徑時(shí)間內(nèi)的積累應(yīng)小于1 mm(此時(shí)，上述誤差可以完全忽略不計(jì)，但誤差如果大于1 mm，還需要根據(jù)誤差的時(shí)間特性(線性特征、高階特征、隨機(jī)特征)加以進(jìn)一步分析與討論。

圖4(a)和圖5(a)為采用平均速度進(jìn)行BP成像的結(jié)果(載頻約為35 GHz，信號(hào)帶寬約1 GHz，平臺(tái)速度約60 m/s，作用距離約1200 m，入射角約45°，場(chǎng)景大小8192像素×8192像素，距離向像素間隔0.10 m，方位向像素間隔0.05 m)，可以看出，雖然圖像實(shí)現(xiàn)的聚焦，但是整幅圖像的對(duì)比度較低，強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)在圖像中存在較為明顯的散焦，且圖中的道路等目標(biāo)輪廓較為模糊。

圖3 航跡高階誤差Fig. 3 High-order trajectory errors

圖4 整體效果對(duì)比Fig. 4 Comparison on the whole image

圖4(b)和圖5(b)為利用IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行非勻速運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償后的成像結(jié)果，可以看出，此時(shí)圖像的對(duì)比度更大，局部區(qū)域的道路輪廓更為明顯，且強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)散焦現(xiàn)象較圖5(b)大大減弱，但存在一定程度的散焦。

3.3 去斜率影響分析

由于目前階段的系統(tǒng)在距離向采用了去斜率處理技術(shù)，導(dǎo)致圖像在方位向存在一定的殘留相位，可能會(huì)影響最終成像質(zhì)量。因此，本節(jié)對(duì)殘留相位的影響進(jìn)行了分析。

圖6為利用式(7)得到的多普勒分量和殘留相位分量產(chǎn)生的方位向信號(hào)頻譜。從中可以看出，多普勒分量導(dǎo)致的方位向頻譜有大約1200 Hz，而由于殘留相位產(chǎn)生的方位向頻譜只有大約3 Hz左右。因此，多普勒分量在目前系統(tǒng)的方位向分辨率中占主要貢獻(xiàn)，殘留相位的影響較小。

圖7為補(bǔ)償殘留相位后得到的BP成像結(jié)果，可以看出，補(bǔ)償殘留相位對(duì)圖像整體效果影響不大。但對(duì)比局部圖可以發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)償殘留相位后圖像的對(duì)比度要略微優(yōu)于未補(bǔ)償圖像。

圖8為補(bǔ)償殘留相位前后某強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)成像效果比較，可以看出，目前成像處理對(duì)于強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)仍存在一定的殘留距離走動(dòng)和方位向散焦，其可能原因首先是目前圖像像素間隔很密(0.10 m×0.05 m)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)囊筝^高，可能存在參數(shù)估計(jì)不準(zhǔn)的問題。對(duì)比補(bǔ)償殘留相位前后的圖像，可以發(fā)現(xiàn)，未補(bǔ)償殘留相位時(shí)，該強(qiáng)點(diǎn)散焦能量向左側(cè)偏移，而補(bǔ)償殘留相位后，強(qiáng)點(diǎn)散焦能量較為對(duì)稱。因此，在干涉處理中目前選擇補(bǔ)償殘留相位后圖像進(jìn)行分析(研究過程中對(duì)兩種補(bǔ)償方法的干涉相位進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)是否補(bǔ)償該相位對(duì)兩幅圖像的相參性及殘差點(diǎn)數(shù)目影響不大)。

4 相位性能分析

本節(jié)利用Ka波段干涉SAR的兩幅圖像對(duì)目前BP成像算法的相位特性進(jìn)行分析。

4.1 BP算法的去平地能力

圖5 局部區(qū)域?qū)Ρ菷ig. 5 Comparison on the local region

圖6多普勒相位與殘留相位方位向頻譜Fig. 6 Frequency spectrums of the Doppler term and residualterm

傳統(tǒng)的SAR成像算法基于多普勒質(zhì)心和多普勒斜率模型，即通過補(bǔ)償距離歷史的1階分量、2階分量及高階分量實(shí)現(xiàn)對(duì)散射點(diǎn)的能量聚集。由于實(shí)際距離歷史的 0階分量被保留，因此干涉相位為主、輔天線到散射點(diǎn)最短距離(理想正側(cè)視條件下)之差。

圖7 補(bǔ)償殘留相位后BP成像結(jié)果Fig. 7 Imaging result after compensating the residual phase

圖8 補(bǔ)償殘留相位前后成像結(jié)果對(duì)比Fig. 8 Comparison on the imaging results with and without the residual phase

而對(duì)于BP算法，由于采用精確距離歷史進(jìn)行相位補(bǔ)償，因此，用于進(jìn)行干涉處理的0階分量也在成像過程中剔除。為了保證BP算法與其它算法兼容，最簡單的方法是在補(bǔ)償干涉相位時(shí)保留距離歷史的0階相位、此時(shí)，補(bǔ)償相位為(此處忽略由于去斜率引入的殘留相位，并將相位表示為波數(shù)的形式)：

其中，K0為載波波數(shù)，R(p,0)表示中心時(shí)刻的斜距。

當(dāng)忽略平臺(tái)的姿態(tài)誤差時(shí)，主天線的距離歷史可以近似認(rèn)為與輔天線的距離歷史平行。此時(shí)，主天線BP與輔天線BP具有相同的多普勒斜率及高階項(xiàng)。采用標(biāo)準(zhǔn)的BP算法(不減去0階項(xiàng))，利用主天線的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)輔天線通道成像處理。

觀察式(12)可以發(fā)現(xiàn)，由于在成像過程中都減去了主天線的0階分量(注意，如果主輔天線利用各自參數(shù)進(jìn)行成像處理，則是減去各自天線的0階分量)。該過程相當(dāng)于利用式(12)進(jìn)行成像處理后，在主輔天線上各乘了一個(gè)相同的相位。由于干涉相位提取時(shí)需要對(duì)主輔圖像相位做差，相同的常數(shù)相位不會(huì)對(duì)成像過程產(chǎn)生影響。

因此，忽略主輔天線相位中心的位置差別，只利用主天線的參數(shù)對(duì)兩幅圖像進(jìn)行成像處理得到的干涉相位與其它成像處理算法得到的干涉相位相同。同樣地，此時(shí)BP算法也存在由于基線因素導(dǎo)致的圖像偏移，需要在干涉相位提取中采用圖像配準(zhǔn)、去平地等技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

為了進(jìn)一步提高成像處理精度，需要在處理過程中考慮姿態(tài)誤差，此時(shí)主輔天線相位中心軌跡不再平行，無法統(tǒng)一利用主天線進(jìn)行成像處理，而需要利用主輔天線各自參數(shù)分別成像。

為了得到與傳統(tǒng)干涉 SAR一致的相位，則需要補(bǔ)償?shù)闹鬏o天線相位項(xiàng)分別為：

其中，M,S分別代表主天線和輔天線。如果不補(bǔ)償0階項(xiàng)，則干涉相位為：

其中，?In表示式(13)對(duì)應(yīng)的理想的干涉SAR相位，?BP表示標(biāo)準(zhǔn) BP算法分別用主輔天線參數(shù)成像得到的干涉相位。

觀察最后一項(xiàng)可以發(fā)現(xiàn)，?In和?BP之間相差的相位為假設(shè)散射點(diǎn)位于像素點(diǎn)時(shí)(一般情況下，散射點(diǎn)位于3維地理空間，像素點(diǎn)位于2維圖像空間，散射點(diǎn)被“映射”到像素點(diǎn)，而非實(shí)際“位于”像素點(diǎn))的干涉相位。由于像素點(diǎn)的高度為 0(選擇水平面作為BP算法投影面)，所以該相位實(shí)際上是像素點(diǎn)位置的平地相位。

因此，通過在成像處理過程中精確計(jì)算主天線和輔天線的天線相位中心歷史，并利用各自參數(shù)進(jìn)行成像處理，可以剔除干涉相位中的平地相位。另外，BP算法的投影特性還可以補(bǔ)償部分的主輔圖像間的位置偏差，但無法補(bǔ)償由于高程導(dǎo)致的主副圖像像素偏移(由于散射點(diǎn)高度未知)。

4.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

圖 9為采用上述兩種策略得到的干涉相位結(jié)果比較。圖9(a)為只利用主天線進(jìn)行雙通道數(shù)據(jù)成像得到的干涉相位圖(兩幅圖的相參性為 0.9174 (未剔除遮擋區(qū)域像素點(diǎn))，殘差占整幅圖比例8.865%)，可以看出，此時(shí)圖像存在明顯的平地相位，需要進(jìn)行相應(yīng)的去平地處理。圖9(b)為精確計(jì)算各自天線相位中心，并進(jìn)行補(bǔ)償，得到的干涉相位圖(兩幅圖的相參性為 0.9156，殘差占整幅圖比例9.110%)?？梢钥闯?，此時(shí)干涉圖中的平地相位并不顯著，可以直接進(jìn)行濾波、解纏等后續(xù)處理。圖9(c)為圖9(b)濾波后的干涉相位圖，能反映出典型的地形特征。

圖 10為圖 9(c)局部區(qū)域的干涉相位圖和對(duì)應(yīng)的3維效果圖(目前處理未包含相位解纏操作)，從中可以看出，對(duì)于A區(qū)域，干涉相位圖中存在顯著的條狀紋理特征，能反映出實(shí)際地面上的規(guī)則高低起伏，對(duì)于B區(qū)域，干涉相位圖中存在顯著的塊狀紋理特征，也反映出實(shí)際地面上的規(guī)則高低起伏。

5 結(jié)論

通過對(duì)實(shí)測(cè)毫米波InSAR數(shù)據(jù)分析，可以看出：

(1) 目前的毫米波InSAR具有較好的相參性，能夠得到較高精度的干涉相位。

(2) 由于毫米波波長短，對(duì)天線相位中心變化更為敏感，為了保證系統(tǒng)的干涉相位，必須利用IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。

圖9 BP算法得到的干涉相位圖(方位向隔一抽取，保證整幅圖像0.1 m×0.1 m比例)Fig. 9 Interferograms by using BP algorithm (down-sampling (base-2) in the azimuthdirection to ensure 0.1 m×0.1 m scale)

圖10 局部干涉相位圖Fig. 10 Interferograms of local regions

(3) 通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了采用各自計(jì)算天線相位中心的策略可以在成像過程中精確補(bǔ)償平地相位。

(4) 從干涉相位也可以看出，目前的干涉相位圖仍存在較大的噪聲，其可能由于未進(jìn)行精確圖像配準(zhǔn)、未進(jìn)行精確運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)纫蛩匾?。因此需要進(jìn)一步開展深入研究。

致謝感謝中航科工二院23所提供研究所需的Ka波段干涉SAR數(shù)據(jù)。

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[11] Shi Jun, Ma Long, and Zhang Xiao-ling. Streaming BP for non-linear motion compensation SAR imaging based on GPU[J].IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2013, 6(4): 2035-2050.

師 君(1979-)，男，河南人，獲電子科技大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，目前為電子科技大學(xué)副教授，主要從事SAR數(shù)據(jù)處理方面研究。

E-mail: shijun@uestc.edu.cn

馬 龍(1990-)，男，安徽人，獲電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位，目前在電子科技大學(xué)攻讀碩士學(xué)位，主要從事SAR成像技術(shù)研究。

E-mail: 1057616261@qq.com

韋順軍(1983-)，男，廣西人，獲電子科技大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，目前為電子科技大學(xué)講師，主要從事SAR成像技術(shù)、干涉SAR技術(shù)研究。

E-mail: 249785144@qq.com

時(shí)代奇(1988-)，男，河北人，獲電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位，目前在電子科技大學(xué)攻讀碩士學(xué)位，主要從事干涉SAR成像技術(shù)研究。

E-mail: 654729253@qq.com

張曉玲(1964-)，女，四川人，獲電子科技大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，目前為電子科技大學(xué)教授/博導(dǎo)，主要從事 SAR成像技術(shù)、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)研究。

E-mail: xlzhang@uestc.edu.cn

陳 剛(1976-)，男，陜西人，獲國防科技大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位，目前為西安測(cè)繪研究所副研究院/副主任，主要從事InSAR數(shù)據(jù)處理、干涉定標(biāo)技術(shù)研究。

E-mail: splitter@263.net

Ka-band InSAR Imaging and Analysis Based on IMU Data

Shi Jun①M(fèi)a Long①Wei Shun-jun①Shi Dai-qi①Zhang Xiao-ling①Chen Gang②

①(School of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China)
②(Xi’an Research Institute of Surveying and Mapping, Xi’an 710054, China)

Compared with other bands, the millimeter wave Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) has high accuracy and small size, which is a hot topic in InSAR research. On the other hand, shorter wavelength causes difficulties in 2D imaging and interferometric phase extraction. In this study, the imaging and phase performance of the streaming Back Projection (BP) method combined with IMU data are analyzed and discussed on the basis of actual Ka-band InSAR data. It is found that because the wavelength of the Ka-band is short, it is more sensitive to the antenna phase-center history. To ensure the phase-preserving capacity, the IMU data must be used with accurate motion error compensation. Furthermore, during data processing, we verify the flat-earth-removing capacity of the BP algorithm that calculates and compensates the master and slave antenna phase centers individually.

InSAR imaging; Imaging performance analysis; Back Projection (BP) algorithm; Motion compensation based on IMU data

中國分類號(hào)：TN957.52

A

2095-283X(2014)01-0019-09

10.3724/SP.J.1300.2014.13142

2013-12-24收到，2014-02-21改回；2014-03-06網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版

61101170)，博士后基金(2011018511001)和高分專項(xiàng)(GFZX04031102)資助課題

*通信作者： 師君 shijun@uestc.edu.cn