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1、湖南大学 硕士学位论文 InSAR图像配准方法研究 姓名：李红英 申请学位级别：硕士 专业：控制科学与工程 指导教师：王耀南 20070301 硕士学位论文 II 摘要 合成孔径雷达干涉（InSAR）成像技术是在合成孔径雷达（SAR）技术基础 上发展起来的雷达成像技术。它既继承了 SAR 的全天候、大范围、有一定穿透能 力等优点，又具有对目标三维地貌进行高精度成像、对目标地面的慢速动目标和 地壳微小移动作高精度检测等的能力。因此，该技术在军事、国民经济建设中， 有着极其广泛的应用。 论文首先介绍了 SAR 数据的特点和数据格式，针对其特殊的数据格式，研究 了一种新的快速的 InSAR 原始数据
2、读取方法和单视复图像的成像方法。 在 InSAR 数据处理中，由于所获取的是 SAR 的原始数据，而不是我们肉眼 看到的二维图像，又因为对同一地区的两幅或多幅复图像进行精确的配准，提取 地面同一点的相位信息，是整个 InSAR 数据处理流程中一个重要的步骤，同时这 一步骤对流程中的后续步骤起着关键的制约作用，通常达到亚像素的配准精度， 所以有必要对 InSAR 解缠前的图像配准进行研究。 论文系统的分析了现有的 InSAR 复图像配准算法的特点，针对 InSAR 复图 像自身的特点，研究了两种多级配准算法。一种是相关配准和神经网络相结合的 多级配准算法，另一种是相关配准和最大谱配准相结合的多级
3、配准算法。在粗配 准过程中，两种算法都是利用相关系数法得到像素级的配准结果，为精配准提供 了初始点；在精配准过程中，两种算法分别应用神经网络和最大谱配准法得到了 亚像素级的配准结果，满足了配准的精度要求。 论文最后给出了两种算法的试验结果，达到了满意的配准效果，证明了两种 算法的有效性。 关键字：合成孔径雷达干涉；单视复数；图像配准；神经网络；最大谱 InSAR 图像配准方法研究 III Abstract Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) image technique is a new radar image technique
4、 developed from Synthetic Aperture Radar (SAR).Carried forward the merit of SAR, InSAR can create high resolution DEM and accomplish change detection, such as slow-moving targets or subtle shift of the earths surface. It can be applied to many areas of military and civil. First the paper introduces
5、the trait and its extra data format of SAR. It researches the new method for data processing. During the data processing of InSAR,for we get not the images but the raw data of InSAR. Registration of two or more images of the same scene is an important procedure in InSAR image processing that seeks t
6、o extract differentiao phase information not obtainable from each one of these images. Meanwhile, the accuracy of this step is crucial to the reliability of subsequent image processing and final resules of the data processing chain, meeting subpixel precision request. So it is necessary to research
7、the images registration before unwrapping. The paper anaysizes some conventional InSAR registration methods, based on the characteristics of InSAR image the paper presents two multi-step image matching algorithms.One method is integrating correlation-registration and neural network image registratio
8、n, the other is integrating correlation-registration and spectral maxiumun registration. In coarse registration, the two methods all utilize correlation-registration to obtain pixel accuracy registration results, offering crude control points pairs for the precise matching. In precise image registra
9、tion, two methods respectively apply neural network and spectral maxiumun to register images, the results of experiment show that the methods was resultful. Keywords: Synthetic Aperture Radar Interferometry; Single Look Complex; Images registration; Neural network; spectral maxiumun I 湖湖 南南 大大 学学 学位
10、论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库
11、进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 引言 遥感（Remote Sensing）一般是指通过某种传感装置，在不与被研究对象直 接接触的情况下，获取其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用 的一门科学和技术，根据所采用的电磁波波段不同，遥感可分为可见光遥感、红 外遥感和微波遥感三类。与可见光和红外遥感技术相比，微波遥感具有许多优越 性：首先，微波可
12、以穿透云层和在一定程度上穿透雨区，以及不依赖于太阳作为 照射源的特点，使其具有全天候、全天时的观测能力，这是任何其它遥感手段所 不能比拟的；其次，它对地物具有一定的穿透能力，可在一定程度上穿透植被及 土壤表层，因此可用于获取地下目标的信息；第三，它对地物表面粗糙度、地物 内部结构和复介电常数所具有的敏感性使其能够提供可见光和红外遥感所得不到 的某些信息。由于以上优势的存在，微波遥感得到了迅速的发展，在军用和民用 方面都具有了广泛的应用。 合成孔径雷达（SAR：Synthetic Aperture Radar）是一种全天候、全天时高分 辨率的主动式微波遥感成像雷达，通过综合运用脉冲压缩技术、合成
13、孔径技术和 数据处理技术来获得高分辨率的。SAR 通过发射宽带信号，并对回波信号进行脉 冲压缩，获得距离向高分辨率；利用雷达平台的运动形成大的天线合成孔径，获 得方位向高分辨率。由于 SAR 具有全天时、全天候、高分辨率成像的能力，而且 作用距离远，成像范围大，能够穿透植被和地表层，因此，SAR 遥感技术受到世 界各国的广泛重视，已经被成功应用于地质、水文、海洋、测绘、环境监测、农 业、林业、气象、军事等领域。 随着 SAR 应用范围的不断扩大， 人们除了希望得到目标的几何位置和几何形 状等二维信息外，还希望能获取目标的高度信息。但是，传统的 SAR 技术只能获 得目标的二维信息，它缺乏获取地
14、面目标三维信息和监测目标微小形变的能力。 通过将干涉测量技术与传统 SAR 技术结合而形成的合成孔径雷达干 InSAR （Syntehtic Aperture Radar Interferometry） 三维成像技术提供了获取地面目标三维 信息的全新方法，它通过两幅天线同时观测或通过一副天线两次平行观测，获取 地面同一景观的复图像对（其中包括强度信息和相位信息） ，根据地面各目标点在 两幅复图像中的相位差，得到各点在两次成像中微波的路程差，从而获得地面目 标的三维信息，其成像结果可以满足更为广泛应用领域的要求。InSAR 三维成像 技术的成像示意图如图 1.1 所示。 InSAR 图像配准方法
15、研究 - 2 - InSAR 三维成像技术用于获取地面目标三维信息具有许多优点： 首先， InSAR 技术继承了 SAR 系统的全天时、全天候和大范围的特点，可以穿透云层或其它遮 挡层，不受气候、昼夜等因素影响进行大范围的三维成像，这是一般方法所无法 相比的；其次，InSAR 技术包含了 SAR 系统的波长特性，由于 SAR 系统采用的 波长一般为厘米级，因此可以获得很高的测量精度。目前，对于机载 InSAR 系统 可以获得 1 米量级的测量精度，对于星载 InSAR 系统可以获得 10 米量级的测量 精度，利用差分合成孔径雷达干涉 D-InSAR（Differential Synthetic
16、 Aperture Radar Interferometry）成像技术对地表形变监测的检测精度可以达到厘米量级；第三， InSAR 技术是在 SAR 系统的基础上发展起来的， 因此它的空间分辨率能达到 SAR 系统本身所具有的空间高分辨率；第四，InSAR 技术可以形成数据处理过程的自 动化，从而避免一般光学方法中复杂的人工操作程序。 图 1.1 InSAR 三维成像技术的成像示意图 本章首先回顾了 InSAR 成像技术的发展研究与现状， 然后介绍了论文的主要 研究内容，最后给出了论文的各章内容安排。 1.2 合成孔径雷达技术的发展与现状 合成孔径雷达在最近几十年已被广泛应用于地形制图、资源探测以及灾害检 测等其它遥感领域，它作为一种主动式传感器，具有全天时、全天候地对地观测， 还可以透过地表和植被获取地表以下的信息。因此，这些特点使它
