论文部分内容阅读
随着我国城镇化的日益推进,智慧城市以及数字城市的建设速度也越来越快,其中城市三维信息的获取是不可忽略的一环。对城市建筑物进行三维重构是目前对于城市三维环境的主要获取手段。倾斜摄影测量以及激光雷达这两种技术是目前应用较为广泛地的两种建筑物三维重构方式。这两种技术主要应用场景分别为大范围的城市建筑物建模和小范围独立建筑物精细建模。这两种技术采集数据方式较为繁琐,对城市信息的获取不具有时效性并且容易受气候条件的影响。传统的合成孔径雷达成像技术虽然能够克服上述这些问题,但由于微波成像原理的限制,只能够进行二维成像,对高度向的缺乏分辨能力。为了将合成孔径雷达成像的优势应用在城市三维信息的获取上,近年来出现了层析SAR技术,这种技术是对传统InSAR技术更进一步拓展,其主要特点为在与视线垂直的方向上通过构造多基线的手段,在高度向范围上构成一个较大的孔径从而达到目标场景的三维成像效果。本文针对层析SAR成像的核心技术,主要围绕其层析SAR在层析向上的聚焦算法以及成像生成的建筑物点云精度验证进行研究,论文的主要工作如下:(1)阐述层析SAR三维成像基本原理。总结了InSAR成像的基本原理,根据InSAR成像的特点进一步延伸出对层析SAR成像原理的论述。(2)研究层析SAR高度向聚焦的算法。层析SAR成像的过程可以分为二维成像以及层析向上的聚焦,这一部分首先对现有的层析SAR成像算法其中包括傅里叶变换聚焦算法以及频率谱估计算法进行分析,根据这两种的算法的缺陷提出使用压缩感知算法对层析向信号进行聚焦从而得到建筑物高度向的信息的理论。首先阐述压缩感知的基本原理,然后结合层析SAR基本原理对压缩感知算法在高度向聚焦的应用进行分析。(3)分别通过二维以及三维仿真实验在不同基线间距条件下对算法性能进行分析比较,并提出一种梯度下降稀疏重建方法来进行高度向信号重建,通过实验对比分析可以得到其成像性能优于迭代阈值算法。(4)研究了层析SAR城市建筑物点云的生成。通过对城市建筑物层析向的信号聚焦,获取得到高度信息后,便可得到其三维点云。本文采用北京地区28景TerraSAR-X升轨数据以及41景cosmo降轨数据选取盘古七星酒店作为目标对象通过不同的压缩感知算法进行成像实验,获取得到了建筑物的点云模型。(5)通过地基lidar获取建筑物密集点云从而可以对利用层析SAR技术获取的点云的精度进行验证。通过将层析SAR和Lidar的建筑物点云分割成不同立面,进而逐个面进行立面边界提取,并以Lidar三维点云数据作为基准,将二者的建筑物几何特征进行对比,从而验证层析SAR城市建筑物三维点云的精度。实验选取盘古七星酒店将层析SAR三维点云数据与地基Lidar三维点云数据进行对比分析,结果表明基于Lidar三维点云来验证层析SAR城市建筑物三维点云精度方法的有效性和适用性。