【最新成果】基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法
在地形起伏剧烈的区域，InSAR干涉条纹变得十分密集，特别是星载平台。密集的干涉条纹不仅增加了相位展开的难度，并且会在解缠后的干涉相位中引入更多的数据处理误差，进而影响高程反演的精度。中科院空天院向茂生研究员等针对该问题，提出基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法，一方面有效的降低了干涉条纹的密度，减少了干涉相位的缠绕，另一方面简化了传统InSAR的处理流程，并且可以实现高精度的高程反演，具有较大的应用价值和科学意义。
图1 基于BP成像算法的干涉模型
研究背景
数字高程模型（DEM）在地形测绘、水文、农业等诸多领域均有着广泛的应用。利用干涉合成孔径雷达（InSAR）技术反演DEM具有全天时、全天候、高效率、高精度等优势，是目前常用的DEM获取手段之一。在地形起伏剧烈的区域，InSAR干涉条纹变得十分密集，特别是星载平台。在如横断山脉等地形突变区域，甚至会出现干涉相位模糊现象。密集的干涉条纹不仅增加了相位展开的难度，并且会在解缠后的干涉相位中引入更多的数据处理误差，进而影响高程反演的精度。
图2 密集的干涉相位条纹示意图
通过引入外源DEM可以降低干涉条纹的密度，已有一些文献对该方法进行了研究。后向投影（BP）算法是一种完全时域的无误差成像算法，具有聚焦效果好、相位保持精度高、运动误差补偿精度高且算法简单、适用于各种工作模式以及任意运动轨迹的雷达等优点，在合成孔径雷达(SAR)成像中得到了广泛的应用。但针对基于BP算法的干涉处理目前研究较少，尤其是针对理论模型和实测InSAR数据的实验还缺乏深入的研究。
团队工作
针对上述问题，中科院空天院向茂生研究员等对基于辅助DEM的高精度InSAR处理方法展开研究，提出了分别基于时域算法成像与频域算法成像的干涉处理框架，将辅助DEM分别引入到成像处理环节与相干处理环节。该文针对基于时域BP算法成像的干涉处理展开研究，提出了一种基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法。辅助DEM与BP算法相结合，一方面不仅可以降低干涉条纹的密度，减少干涉相位的缠绕，另一方面在多数情况下甚至可以避免相位缠绕，同时图像对无需干涉配准，简化了干涉处理的流程。
该工作已发表在《雷达学报》网络优先出版的“基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法”（胡晓宁，汪丙南，向茂生，王钟斌）。
论文介绍
该文开展了基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法研究，首先利用BP算法获得聚焦的SAR图像，并在成像过程中引入辅助DEM，然后建立基于BP成像算法的InSAR高程反演模型，并推导了高程反演公式。基于BP算法的干涉处理流程与传统InSAR的处理流程对比如图4所示，表明了该方法的流程更加简化。
(a) 本文方法处理流程 (b) 传统InSAR处理流程
图4 干涉处理流程
对山区InSAR数据进行处理得到的结果如图5所示，验证了该方法在降低干涉条纹密度方面的有效性。
图5 机载InSAR山区数据处理结果图 (a) 基于后向投影InSAR方法的干涉相位图 (b) 传统InSAR方法的干涉相位图 (c) SAR幅度图 (d) DEM反演结果
作者简介
胡晓宁(1994-)，女，山东临沂人，中国科学院空天信息创新研究院博士研究生，研究方向为InSAR信号处理算法。
汪丙南(1984-)，男，安徽安庆人，博士，中国科学院空天信息创新研究院副研究员，硕士生导师，主要研究方向为干涉合成孔径雷达信号仿真和处理方法。
相关阅读
编辑：高华 蒋文
本号发布信息旨在传播交流，其内容由作者负责，不代表本号观点。如涉及文字、图片、版权等问题，请在20日内与本号联系，我们将第一时间处理。《雷达学报》拥有最终解释权。