李芳芳　胡東輝　丁赤飚　仇曉蘭

（中國科學(xué)院空間信息處理與應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　北京 100190）

（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所　北京　100190）

機(jī)載雙天線InSAR對飛數(shù)據(jù)處理與分析

李芳芳*胡東輝丁赤飚仇曉蘭

（中國科學(xué)院空間信息處理與應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京 100190）

（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所北京100190）

干涉合成孔徑雷達(dá)（InSAR）技術(shù)具有高精度的地形測繪能力。然而在山區(qū)地形條件下，受SAR側(cè)視成像的影響，存在較多的幾何畸變區(qū)域，干涉相位表現(xiàn)為不連續(xù)或者缺少有效信息的情況，對單一的干涉圖像對處理難以得到精確的數(shù)字高程模型（DEM）。融合兩個(gè)或多角度的干涉數(shù)據(jù)可以用于解決這一問題。該文根據(jù)這一思路利用機(jī)載雙天線InSAR對飛數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，針對山區(qū)地形條件下參考高程近似影響運(yùn)動補(bǔ)償精度的問題提出了基于高程迭代的運(yùn)動補(bǔ)償方法，對于陰影、疊掩區(qū)域容易導(dǎo)致相位解纏誤差的問題提出基于地形特征的相位解纏方法，從而盡可能降低單一角度數(shù)據(jù)的DEM誤差，以達(dá)到消除對飛數(shù)據(jù)重疊區(qū)域3維定位不一致的目的，拼接實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了處理方法的有效性。

機(jī)載InSAR；運(yùn)動補(bǔ)償；相位解纏；對飛數(shù)據(jù)融合

1　引言

干涉合成孔徑雷達(dá)（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）是利用同一地區(qū)多幅SAR復(fù)圖像獲取相位信息，進(jìn)行地形測繪和地表形變監(jiān)測的一項(xiàng)技術(shù)［1］。然而，由于SAR側(cè)視成像的特點(diǎn)，在地形起伏較大的山區(qū)，疊掩、陰影所占比例較大，獲取的干涉相位會出現(xiàn)不連續(xù)甚至全是噪聲的情況，無法利用常規(guī)的InSAR技術(shù)重建精確的數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，

DEM）［2，3］。解決這一問題的一種思路是融合同一區(qū)域的多角度觀測數(shù)據(jù)，從而在某一角度下的幾何畸變區(qū)域可以利用其它角度的數(shù)據(jù)補(bǔ)償［4－6］。

然而，在實(shí)際數(shù)據(jù)處理過程中，如果得到的單一角度DEM誤差較大，則在多角度數(shù)據(jù)拼接時(shí)會出現(xiàn)“拼接縫”的現(xiàn)象。而在山區(qū)地形條件下，人為地布設(shè)控制點(diǎn)非常困難，無法通過不同角度圖像中控制點(diǎn)之間的仿射變換消除目標(biāo)3維定位的不一致性。因此，要達(dá)到在無控制點(diǎn)情況下的多角度數(shù)據(jù)“無縫拼接”，需要在單一角度數(shù)據(jù)處理的過程中盡可能地減小誤差，從而盡可能消除重疊區(qū)域DEM的不一致現(xiàn)象。

一方面，運(yùn)動補(bǔ)償是機(jī)載干涉SAR處理的關(guān)鍵步驟之一。在山區(qū)地形條件下，參考高程的誤差是引起運(yùn)動補(bǔ)償誤差的主要原因，從而影響干涉相位和反演DEM的精度。另一方面，受幾何畸變的影響，山區(qū)地形的相位解纏也是一個(gè)復(fù)雜的問題。本文利用機(jī)載雙天線干涉SAR對飛數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)山區(qū)地形DEM重建，重點(diǎn)針對上述兩個(gè)關(guān)鍵問題展開研究，分別提出基于DEM迭代的運(yùn)動補(bǔ)償方法和基于地形特征的相位解纏方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了處理方法的有效性。

2　處理方法

機(jī)載雙天線干涉SAR對飛數(shù)據(jù)拼接實(shí)現(xiàn)山區(qū)地形干涉測量的流程如圖1所示。本節(jié)將重點(diǎn)介紹運(yùn)動補(bǔ)償和相位解纏兩個(gè)關(guān)鍵步驟的處理方法，以提高各個(gè)角度的DEM精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對飛數(shù)據(jù)的“無縫拼接”。

2.1運(yùn)動補(bǔ)償

高精度的運(yùn)動補(bǔ)償是高分辨率機(jī)載SAR成像的關(guān)鍵。機(jī)載干涉SAR系統(tǒng)對運(yùn)動補(bǔ)償?shù)木纫蟾鼮閲?yán)苛。對于山區(qū)地形干涉處理來說，運(yùn)動補(bǔ)償存在誤差時(shí)，一方面引起單一角度數(shù)據(jù)的干涉相位誤差，從而使DEM測量精度下降，另一方面在多角度數(shù)據(jù)拼接時(shí)導(dǎo)致重疊區(qū)域的DEM不一致，出現(xiàn)“拼接縫”現(xiàn)象。

圖1　對飛數(shù)據(jù)拼接實(shí)現(xiàn)山區(qū)地形測繪流程圖Fig.1　Flow chart of processing two anti-parallel aspects of InSAR data

傳統(tǒng)的運(yùn)動補(bǔ)償算法通常存在參考高程的近似［7，8］，即利用平面高程作為該區(qū)域所有目標(biāo)的高程，在山區(qū)等起伏較大的地形條件下，該假設(shè)與實(shí)際差別較大，會導(dǎo)致較大的運(yùn)動補(bǔ)償殘余誤差，進(jìn)而影響干涉相位和DEM的精度。要補(bǔ)償高程不準(zhǔn)引起的誤差，需要使參考DEM盡可能接近真實(shí)值。因此，本節(jié)提出通過高程迭代的方法減小高程誤差引起的運(yùn)動補(bǔ)償殘余誤差。

補(bǔ)償流程如圖2所示，首先按照平地假設(shè)進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償及成像處理，經(jīng)過雙天線圖像配準(zhǔn)、相位濾波、相位解纏等干涉處理步驟后，根據(jù)幾何關(guān)系反演生成粗精度的DEM；然后將該DEM作為新的參考高程，重新進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償。

下面通過定量計(jì)算分析高程迭代的精度。如圖3為存在高程誤差時(shí)的運(yùn)動補(bǔ)償幾何示意圖，設(shè)天線1的運(yùn)動誤差為［Δx（t），0，Δz（t ）］，天線2的運(yùn)動誤差為［Δx（t）+δx（t），0，Δz（t）+δz（t ）］。文獻(xiàn)［9］給出了存在高程誤差時(shí)，兩天線運(yùn)動補(bǔ)償殘余誤差的不一致分量為：

其中，B，α分別為基線長度和基線角，φ1，φ2分別為天線1和天線2中目標(biāo)A的視角，Δφ=φ2-φ1，α（t）如圖4所示，Δhinit為初次運(yùn)動補(bǔ)償時(shí)的參考高程誤差，由此得到高程測量誤差為：

假設(shè)干涉系統(tǒng)的參數(shù)如表1，運(yùn)動誤差為10 m，橫滾角變化為θr=3°，則由其引起的兩天線不一致運(yùn)動誤差分別為：δx（t）=B ［cos（α+θr）-cosα］，δz（t）=B［ sin（α+θr）-sinα］，由此可以計(jì)算出A≈0.05?1。由此可見，盡管該DEM并不準(zhǔn)確，但是與平地假設(shè)相比，已大大減小了高程誤差，在高程迭代時(shí)不會收斂到相反方向。通常通過一到兩次迭代即可滿足精度要求。

圖2　高程迭代的運(yùn)動補(bǔ)償流程圖Fig.2　Flow chart of MOCO based on iterative DEM

表1　干涉系統(tǒng)參數(shù)Tab.1　InSAR system parameters

圖3　存在高程誤差的運(yùn)動補(bǔ)償幾何示意圖Fig.3　MOCO geometry with reference height error

圖4　斜距平面運(yùn)動誤差示意圖Fig.4　Motion error in the slant range plane

2.2相位解纏

2.2.1陰影區(qū)域山區(qū)地形存在較大面積的陰影區(qū)域，干涉相位呈噪聲特性，殘差點(diǎn)密集，相位解纏時(shí)容易引起相位誤差的傳播［10，11］。本小節(jié)在分析陰影區(qū)域干涉相位特性的基礎(chǔ)上，利用相位補(bǔ)償?shù)姆椒ū苊饬讼辔徽`差的傳播。

干涉相位沿距離向的局部條紋頻率可表示為：

在陰影起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間的地形坡度角為?=θ-90°，代入式（3）即有Δf≈0，表明陰影區(qū)域沿距離向的局部條紋頻率接近為零，由此可知兩個(gè)臨界端點(diǎn)的干涉相位之差近似為零。為了進(jìn)一步確定實(shí)際系統(tǒng)陰影區(qū)域相位變化的范圍，下面以中科院電子所X波段機(jī)載雙天線干涉系統(tǒng)為例，仿真計(jì)算該相位差，在不同視角和山體高度下的相位差如圖5所示，可以看出該相位差很小，絕對值均在π以內(nèi)，也就是說陰影區(qū)域兩個(gè)臨界端點(diǎn)之間不存在相位周期的改變。這一特征可以用來確定陰影區(qū)域兩側(cè)干涉相位的相對值，從而可以避免相位解纏路徑穿過陰影區(qū)域時(shí)引起的相位誤差的傳播。

根據(jù)上述分析，我們利用陰影區(qū)域起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)處的干涉相位線性擬合出陰影區(qū)域內(nèi)部的干涉相位，不會影響相位解纏時(shí)相位模糊數(shù)的計(jì)算。具體的相位解纏步驟如下：

（1）根據(jù)相干系數(shù)圖和SAR幅度圖像檢測并提取陰影區(qū)域，并利用形態(tài)學(xué)方法使區(qū)域邊緣規(guī)整化；

（2）在每一方位向陰影區(qū)域兩側(cè)選取相位擬合的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，干涉相位分別為φtop，φbot，這里取距離陰影邊界最近的相干系數(shù)較高的點(diǎn)，以保證所選起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)相位的可靠性；

（3）線性擬合出陰影區(qū)域的干涉相位，即

其中，N為陰影區(qū)域沿距離向的寬度，d為待補(bǔ)償位置距離起始點(diǎn)的像素單元；

（4）對相位補(bǔ)償后的干涉相位圖，利用基于質(zhì)量指導(dǎo)的路徑跟蹤法進(jìn)行解纏，得到解纏相位。

圖5　不同高度和視角對應(yīng)陰影起始和結(jié)束點(diǎn)干涉相位差Fig.5　Interferometric difference between the beginning and end of shadow with different height and look angle

按照上述的相位解纏步驟對實(shí)測的包含陰影區(qū)域的干涉相位進(jìn)行相位補(bǔ)償并解纏，驗(yàn)證上述方法的正確性。所用數(shù)據(jù)為中科院電子所機(jī)載X波段雙天線InSAR系統(tǒng)在綿陽地區(qū)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果如圖6所示。其中圖6（a）為SAR幅度圖像，圖6（b）為濾波后的干涉相位圖，圖6（c）為相干系數(shù)圖，可以看出圖中有較大面積的陰影區(qū)域，在幅度圖像中表現(xiàn)為較暗的區(qū)域，干涉相位中表現(xiàn)為噪聲，相干系數(shù)很低。

圖6　陰影區(qū)域相位解纏結(jié)果Fig.6　Phase unwrapping result of shadow area

圖6（d）為檢測出的陰影區(qū)域的掩膜圖，掩膜后進(jìn)行直接相位解纏可以避免陰影區(qū)域相位噪聲引起的誤差傳播，然而從掩膜圖可以看到掩膜后使干涉相位左右兩側(cè)形成不連通區(qū)域，因此直接解纏得到圖6（e）的結(jié)果，陰影區(qū)域兩側(cè)解纏相位有明顯跳變，相位的相對值與理想值不一致。根據(jù)本節(jié)方法對陰影區(qū)域進(jìn)行相位補(bǔ)償，實(shí)際上并不需要對所有陰影區(qū)域均做補(bǔ)償，只要使補(bǔ)償后高質(zhì)量區(qū)域連通即可。因此對陰影區(qū)域部分進(jìn)行相位補(bǔ)償后的結(jié)果如圖6（f），解纏后的結(jié)果如圖6（g），此時(shí)補(bǔ)償相位將兩側(cè)區(qū)域連通，使得解纏相位連續(xù)。圖6（h）給出了利用直接解纏和相位補(bǔ)償后解纏得到的DEM在圖6（g）黑色直線所示的方位向上的對比，可見不進(jìn)行相位補(bǔ)償時(shí)，DEM會有較大跳變，而相位補(bǔ)償后的DEM基本上是連續(xù)的，與實(shí)際情況相符。

2.2.2疊掩區(qū)域疊掩是SAR圖像中的另一種幾何畸變現(xiàn)象，由于SAR側(cè)視成像的特點(diǎn)，當(dāng)?shù)孛鎴鼍暗挠缕露冗^大時(shí)，會導(dǎo)致不同高度區(qū)域的回波投影到同一個(gè)距離-多普勒單元內(nèi)，形成疊掩現(xiàn)象。疊掩區(qū)域的干涉相位反映的是多個(gè)散射源矢量疊加的結(jié)果，干涉相位存在跳變，解纏時(shí)無法傳遞正確的相位纏繞周期。多基線技術(shù)利用信號譜估計(jì)等方法可以實(shí)現(xiàn)對疊掩區(qū)域多個(gè)散射源的分辨［12－14］，然而目前多基線干涉數(shù)據(jù)的缺乏限制了該研究的開展。本小節(jié)通過分析疊掩區(qū)域的干涉相位特性，提出單基線條件下基于頻率估計(jì)的疊掩區(qū)域相位解纏方法。

圖7給出了簡單山體形成疊掩的SAR成像幾何關(guān)系示意圖?？梢钥闯?，山頂點(diǎn)P1到SAR的斜距為rP1，小于山底點(diǎn)P2到SAR的斜距rP2，因此在斜距rP1和rP2之間的每一個(gè)距離向像素單元內(nèi)均由來自區(qū)域A，區(qū)域B和區(qū)域C中的3個(gè)散射源疊加形成，從而產(chǎn)生了疊掩區(qū)域。而在斜距小于rP1的區(qū)域D和斜距大于rP2的區(qū)域E中，回波信號都僅包含單個(gè)散射源，是非疊掩區(qū)域。

通過仿真計(jì)算出圖7場景沿距離向的干涉相位如圖8所示，圖中兩條豎直黑色虛線之間表示了疊掩區(qū)域的干涉相位，這里分別計(jì)算了形成疊掩的3部分區(qū)域的干涉相位。可以看出，區(qū)域B的相位頻率與區(qū)域A和區(qū)域C相反。而區(qū)域A的相位與區(qū)域D的相位是連續(xù)的，同樣，區(qū)域C的相位與區(qū)域E的相位連續(xù)。此外，在疊掩區(qū)域的起始點(diǎn)P1處，區(qū)域B和區(qū)域C重合為一點(diǎn)，因此具有相同的干涉相位φ4；與之類似，在疊掩區(qū)域的結(jié)束點(diǎn)P2處，區(qū)域B和區(qū)域A具有相同的干涉相位φ2。通常情況下認(rèn)為疊掩區(qū)域中迎坡面的散射強(qiáng)度占主導(dǎo)地位，因此疊掩區(qū)域的干涉相位通常表現(xiàn)為區(qū)域B的相位特征，即具有與非疊掩區(qū)域相反的相位頻率，且在起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)處存在相位的跳變。在這一假設(shè)前提下，圖8中的絕對相位纏繞后的相位如圖9所示。觀察實(shí)際的干涉數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)疊掩區(qū)域確實(shí)具有與相鄰區(qū)域相反的相位頻率，圖10給出了一幅四川綿陽地區(qū)含疊掩區(qū)域的實(shí)測干涉相位圖，黑色方框內(nèi)部的區(qū)域?yàn)榀B掩區(qū)域。

圖7　SAR疊掩區(qū)域成像幾何關(guān)系示意圖Fig.7　SAR imaging geometry of layover area

圖8　不同區(qū)域的絕對干涉相位Fig.8　Absolute phase of different areas

圖9　纏繞干涉相位Fig.9　Wrapped phase under the assumption

根據(jù)式（3）的干涉相位沿距離向的局部頻率，可以從理論上解釋上述仿真結(jié)果。當(dāng)迎坡面的坡度角大于雷達(dá)視角時(shí)，在SAR圖像中產(chǎn)生疊掩現(xiàn)象。也就是對于圖7所示的區(qū)域B而言，有?B＞θ，由式（3）可知，此時(shí)區(qū)域B對應(yīng)干涉相位的距離向局部頻率ΔfB＜0。而對于與區(qū)域B中的散射源投影到相同位置的區(qū)域A和區(qū)域C來說，區(qū)域A的坡度角0°＜?A＜θ，區(qū)域C的坡度角θ-90°＜?C＜0°，代入式（3）分別有ΔfA＞0，ΔfC＞0。與疊掩區(qū)域相鄰的區(qū)域D和區(qū)域E分別具有與區(qū)域A和區(qū)域C相同的坡度角，因此同樣有ΔfD＞0，ΔfE＞0。當(dāng)迎坡面散射強(qiáng)度占主導(dǎo)地位時(shí)，疊掩區(qū)域的干涉相位在距離向呈現(xiàn)出與其它區(qū)域相反的頻率特性。這就從理論上解釋了以上仿真得出的結(jié)論。

圖10　實(shí)測疊掩區(qū)域干涉相位圖Fig.10　Real Interferogram with layover areas

根據(jù)上述分析，利用圖8所示的區(qū)域A和區(qū)域C分別與區(qū)域D及區(qū)域E之間的相位連續(xù)性，可以通過估計(jì)區(qū)域D和區(qū)域E的干涉相位頻率，從而獲得區(qū)域A和區(qū)域C的相位頻率。這樣在解纏得到區(qū)域D的相位φ1或區(qū)域E的相位φ3后，就可以進(jìn)一步估計(jì)出區(qū)域B邊界的解纏相位φ2或φ4，從而消除相位跳變的影響。根據(jù)這一思想，本文提出了基于局部頻率估計(jì)的疊掩區(qū)域相位解纏方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）首先利用相干系數(shù)圖、干涉相位圖以及SAR幅度圖像檢測并提取出疊掩區(qū)域；

（2）將疊掩區(qū)域掩膜后，對其它區(qū)域利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行相位解纏，此時(shí)得到如圖8中區(qū)域D和區(qū)域E的相位分別為φDr和φEr，其中，rP1和rP2處的相位分別為φ1r和φ3r，此時(shí)φ1r和φ3r之間的相對值與實(shí)際情況存在偏差（相位φ的下標(biāo)r表示relative，即相對相位，下同）；

（3）將非疊掩區(qū)域掩膜，僅對疊掩區(qū)域利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行相位解纏，得到如圖8中區(qū)域B的解纏相位，其邊界值分別為φ2r和φ4r，此時(shí)的解纏相位并不是反映地形高程的絕對相位，而與絕對相位之間相差一個(gè)常數(shù)值；

（4）通過局部頻率估計(jì)［15，16］得到疊掩附近區(qū)域，即如圖8中的區(qū)域D及區(qū)域E沿距離向的干涉相位頻率分別為fr_D和fr_E；

（5）假設(shè)區(qū)域D的解纏相位即為絕對相位，即φDa=φDr，φ1a=φ1r（相位φ的下標(biāo)a表示absolute，即絕對相位，下同），則根據(jù)區(qū)域A和區(qū)域D之間的相位連續(xù)性，可以得出區(qū)域B在rP2處的絕對相位為：

其中，N為疊掩區(qū)域沿距離向的像素?cái)?shù)。進(jìn)一步，區(qū)域B在rP1處以及其內(nèi)部的絕對相位可分別表示為：

再利用區(qū)域C和區(qū)域E之間的相位連續(xù)性，則可以得出區(qū)域E在rP2處的絕對相位為：

因此，區(qū)域E的絕對相位可表示為：

通過以上步驟，整個(gè)區(qū)域的相位得到展開，而且可以消除疊掩區(qū)域邊界相位不連續(xù)的影響，避免相位誤差的傳播。

按照上述相位解纏方法對圖10中所示的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉解纏，從而驗(yàn)證本文方法的有效性。

圖11　含疊掩區(qū)域?qū)崪y數(shù)據(jù)Fig.11　Real InSAR data including layover area

圖11（a）和圖11（b）給出了該實(shí)測數(shù)據(jù)對應(yīng)的SAR幅度圖像和相干系數(shù)圖，由此檢測出疊掩區(qū)域的掩膜圖如圖11（c）。分別用本文方法和簡單的質(zhì)量指導(dǎo)解纏方法對圖10的干涉相位進(jìn)行解纏，得到的解纏相位分別如圖12（a）和圖12（b）所示。圖12（c）對比了圖12（a）和圖12（b）中黑色直線所示方位門的兩種方法的解纏相位，圖12（d）給出了與之相對應(yīng)的DEM解算結(jié)果對比?？梢钥闯?，由于迎坡面的相位占主導(dǎo)地位，因而本文方法的解纏相位在疊掩起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)均出現(xiàn)了相位的跳變，相應(yīng)的DEM也存在跳變而且在疊掩區(qū)域呈遞減趨勢，也就是疊掩表現(xiàn)出的“頂?shù)椎怪谩爆F(xiàn)象，這與前面的理論分析是一致的。而直接用質(zhì)量指導(dǎo)法解纏由于未考慮疊掩區(qū)域邊界相位不連續(xù)的影響，造成疊掩區(qū)域解纏相位的誤差，在積分路徑穿過疊掩區(qū)域時(shí)進(jìn)而將誤差傳播到疊掩右側(cè)區(qū)域。

圖12　實(shí)測疊掩區(qū)域相位解纏實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.12　Phase unwrapping result of layover area

進(jìn)一步，將本文方法解算出的DEM投影到地距坐標(biāo)系中，并與外源粗DEM數(shù)據(jù)ASTER DEM進(jìn)行比較如圖12（e）所示，可以看出二者基本相符。由于本文方法僅反演出了疊掩區(qū)域中迎坡面的高程信息，因而在地距坐標(biāo)系中存在無高程信息的區(qū)域，即相當(dāng)于圖7中示意的區(qū)域A和區(qū)域C的高程沒有重建。要得到疊掩區(qū)域多個(gè)散射源的高程信息，可以利用多基線干涉技術(shù)進(jìn)行分辨不同的散射源，這里由于缺乏多基線數(shù)據(jù)，因而不再進(jìn)行討論。

3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本文采用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是由中科院電子所研制的X波段機(jī)載雙天線干涉SAR系統(tǒng)于2011年7月在四川綿陽地區(qū)采集的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)通過從兩個(gè)方向?qū)ν粓鼍斑M(jìn)行照射，獲得兩組干涉數(shù)據(jù)，其中一組數(shù)據(jù)為由東向西飛行，另一組數(shù)據(jù)為由西向東飛行，航跡示意圖如圖13所示。兩個(gè)角度得到的圖像差異較大，尤其在山區(qū)地形條件下，將會形成不同的幾何畸變區(qū)域，利用這一特點(diǎn)通過拼接互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)幾何畸變區(qū)域的干涉測量。系統(tǒng)參數(shù)如表2所示。

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本節(jié)利用上述方法對一幅7 km×10 km大小的圖像分別進(jìn)行兩個(gè)角度的處理得到各自的正射DEM和DOM，并進(jìn)行拼接，結(jié)果如圖14所示?？梢钥闯?，在拼接圖中沒有明顯的拼接縫現(xiàn)象，達(dá)到了較好的拼接效果，但仍然存在少量無法測量高程的區(qū)域（圖中高程置零的藍(lán)色區(qū)域），這是由于這些區(qū)域在兩個(gè)角度的圖像中均表現(xiàn)為相干性較差的區(qū)域，后續(xù)還可以進(jìn)一步利用多個(gè)角度數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。

圖13　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)航跡示意圖Fig.13　Anti-parallel flight trajectories

表2　系統(tǒng)參數(shù)Tab.2　Specifications of CAS InSAR system

5　結(jié)束語

山區(qū)地形測繪是干涉SAR處理的一個(gè)難點(diǎn)，本文利用機(jī)載雙天線干涉SAR對飛數(shù)據(jù)融合拼接實(shí)現(xiàn)山區(qū)DEM重建。針對運(yùn)動補(bǔ)償和相位解纏兩個(gè)關(guān)鍵步驟，分別給出了基于高程迭代的運(yùn)動補(bǔ)償方法和基于相位補(bǔ)償?shù)年幱皡^(qū)域相位解纏方法，從而獲得精確的單一角度DEM。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了對飛數(shù)據(jù)融合的有效性。

圖14　實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.14　Experimental results

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李芳芳（1986-），女，山西人，助理研究員，博士，主要研究領(lǐng)域?yàn)楦缮鍿AR信號處理。

E-mail:liff86@gmail.com

胡東輝（1970-），男，北京人，副研究員，碩士，主要研究領(lǐng)域?yàn)镾AR信號處理、SAR定標(biāo)等。

丁赤飚（1969-），男，陜西人，研究員，博士，主要研究領(lǐng)域?yàn)楹铣煽讖嚼走_(dá)、遙感信息處理及應(yīng)用系統(tǒng)等。

仇曉蘭（1982-），女，江蘇人，副研究員，博士，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡p站SAR、SAR目標(biāo)特性等。

Antiparallel Aspects of Airborne Dual-antenna InSAR Data Processing and Analysis

Li Fang-fangHu Dong-huiDing Chi-biaoQiu Xiao-lan
（Key Laboratory of Technology in Geo-spatial Information Processing and Application System，Institute of Electronics，
Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China）
（Institute of Electronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China）

Interferometric Synthetic Aperture Radar（InSAR）is a powerful technique for precise topographic mapping.However，owing to the side-looking SAR imaging geometry，geometry distortions appear in mountainous scenarios.Because of phase discontinuities or the absence of a valid phase，it is difficult to recover accurate DEM in such areas with single-aspect InSAR data.Fusion of two or more different aspects of InSAR data can deal with this problem in practice.Experiments using two antiparallel aspects of airborne InSAR data are carried out based on this idea.To decrease the processing error in single-aspect data and fuse them seamlessly，a MOtion COmpensation（MOCO）method using iterative DEM is used to reduce the MOCO error.Besides，phase-unwrapping methods based on terrain characteristics are proposed to avoid phase-unwrapping error owing to phase discontinuities in areas of shadow and layover.Experimental results verify the effectiveness of the processing methods.

Airborne Interferometric SAR（InSAR）； MOtion Compensation（MOCO）； Phase unwrapping； Fusion of anti-parallel data

TP391

A

2095-283X（2015）01-0038-11

10.12000/JR14135

李芳芳，胡東輝，丁赤飚，等.機(jī)載雙天線InSAR對飛數(shù)據(jù)處理與分析［J］.雷達(dá)學(xué)報(bào)，2015，4（1）:38-48.http://dx.doi.org/10.12000/JR14135.

Reference format:Li Fang-fang，Hu Dong-hui，Ding Chi-biao，et al..Antiparallel aspects of airborne dual-antenna InSAR data processing and analysis［J］.Journal of Radars，2015，4（1）:38-48.http://dx.doi.org/10.12000/JR14135.

2014-11-20收到；2014-12-18改回；2015-01-30網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版

國家863計(jì)劃（2007AA120302）和國家自然科學(xué)基金（61401428）資助課題

李芳芳liff86@gmail.com