干涉合成孔径雷达数据分析及去噪研究

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干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar)是以合成孔径雷达为基础,通过在两颗雷达在同一场景得到的图像经过干涉处理,利用得到的干涉相位差计算出目标点的速度信息和高程信息。在获取干涉相位差过程中,不可避免的会有噪声影响。本文在深入分析合成孔径雷达经典距离-多普勒成像算法的基础上,消除噪声对信号的影响,获取更精确的速度估计和高程信息,通过均值、中值和小波三种去噪方法对观测过程中出现的噪声进行处理,提高检测精度。论文的主要研究内容有以下三个部分。  首先,研究合成孔径雷达的成像过程,利用合成孔径雷达距离-多普勒算法实现了对单个点目标和三个点目标成像的仿真实验,这是后续对目标点速度估计和高程信息分析的基础。然后分析了测量过程中噪声的来源和类型,并且介绍了均值滤波,中值滤波,小波去噪三种常用去噪方法的原理。  其次,推导出干涉相位和目标点运动速度之间的函数关系。由于单基线得到的干涉相位的局限性,对应的最大无模糊速度范围可能存在模糊问题。在此基础上,利用多基线模式和余数定理可以扩大最大无模糊速度范围,基本避免了可能出现的速度模糊。在不同信噪比环境中重复单基线和多基线速度估计,分析噪声对速度估计的影响。实验表明,多基线模式下,速度模糊问题得到解决,同时无论速度估计是否存在模糊,均值去噪可以有效抑制噪声的干扰。  最后,在经典直角坐标系高程测量的基础上提出了一种基于极坐标系的高程反演方法。该方法建立了以雷达平台为原点的极坐标系,推导出了雷达干涉相位与目标散射点高程信息之间的极坐标方程组。在同样参数的情况下使用新方法与经典直角坐标系算法进行了分析和对比,仿真结果表明极坐标高程反演计算方法运算速度和精度方面优于经典直角坐标系法。由于噪声的存在,会导致重构得到的高程信息有明显的毛刺现象。在不同信噪比存在的环境中,使用新提出的基于极坐标系的高程反演方法进行高程信息估计,并且利用中值滤波,均值滤波和小波分析等多种方法进行去噪处理,从主观图像观测和客观数据分析对比三种方法的去噪效果,发现均值去噪的效果最佳。
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