方向控制的最小二乘相位解缠方法研究

As the key and hot spots in the InSAR data processing, phase unwrapping has been the focus of the study. On the basis of analyzing the research in domestic and international of phase unwrapping, the theory of nonlinear least squares and directional control least squares is put forward by applicant and others. In order to improve the quality of phase unwrapping in the areas where the signal to noise ratio is low and complex terrain and enhance the operation speed of phase unwrapping in larger regions, the topic of carrying out the study of the least squares phase unwrapping method based on directional control is innovative and has important theoretical significance and application value..The key theories and methods of the least squares phase unwrapping based on the directional control are studied in system and in-depth from theoretical studies, algorithm design, experimental analysis and results validation. The focus is as follows. According to the problem of weights determined on phase unwrapping model, the new weights method is determined by breaking through effects of the terrain and noise, overcoming the error propagation. In connection with the problem that non-linear and iteration convergence is slow in the phase unwrapping, the least squares phase unwrapping method based on directional control and directional control with constraint of additional terrain and noise is put forward for enhance the nonlinear processing ability, convergence speed and precision of phase unwrapping. The optimal numerical algorithms are designed to enhance its stability and robustness. Validation and comparative analysis is conducted by using experimental data.

相位解缠作为InSAR数据处理的关键和热点研究问题，多年来一直是研究的重点。项目在分析国内外研究成果基础上，以申请者等研究提出的非线性最小二乘和方向控制最小二乘理论为基础，以提高信噪比低、地形复杂地区的相位解缠质量和较大区域相位解缠的运算速度为目标，开展方向控制的最小二乘相位解缠方法研究，其选题具有创新性，具有重要的理论意义和应用价值。.项目从理论研究、算法设计、实验分析、结果验证等方面系统深入地研究方向控制最小二乘相位解缠的关键理论与方法，重点研究：针对相位解缠模型的权重确定问题，突破兼顾地形、噪声等影响的权重确定方法，克服误差传递；针对相位解缠的非线性以及迭代收敛速度慢等问题，提出方向控制的最小二乘和附加地形、噪声等约束的方向控制最小二乘相位解缠方法，提高相位解缠的非线性处理能力、收敛速度和精度；设计最优数值算法，增强算法的稳定性和强健性；开展实验数据的验证对比分析等。

相位解缠是InSAR进行数字高程模型提取和地表形变监测的关键步骤之一，提高信噪比低、地形复杂地区的相位解缠质量和较大区域相位解缠的运算速度是重点研究内容。项目围绕方向控制最小二乘理论、病态模型迭代估计的方向控制与稳健解算、顾及地形、噪声等影响的方向控制最小二乘相位解缠等问题，从理论研究、模型建立、算法实现、实验分析、结果对比及验证等方面进行了系统深入地研究。其主要内容包括：.（1）针对方向控制最小二乘理论，提出基于对偶模型、有限离散函数差商、序列二次规划和罚函数结合等进行方向控制的非线性最小二乘解算方法，并应用于相位解缠中，提高迭代收敛速度；.（2）针对迭代估计中病态问题的解算方法，提出基于Liu估计的有偏估计迭代方法、基于L曲线的谱修正迭代法、基于Tikhonov的正则化解算方法等来实现稳健解算，并通过修正因子、正则化参数、正则化矩阵、最大曲率点等来控制方向；.（3）针对地形起伏、噪声等对相位解缠的影响问题，基于附加约束的方向控制最小二乘，提出顾及地形坡度的非线性最小二乘相位解缠、基于非线性相位模型的最小二乘相位解缠、顾及地形因素和模型误差的自适应扩展卡尔曼滤波相位解缠，提高相位解缠的非线性处理能力和相位解缠质量；.（4）将上述方法进行了算法设计与程序实现，并采用不同卫星、不同分辨率、不同地形条件下的SAR数据以及其它测量实验数据进行了实验验证，取得良好的效果。.另外，项目针对InSAR技术中涉及的其他数据处理问题，提出了雷达干涉测量图像的梯度自适应光滑子函数滤波法，分析了相位测量误差对形变测量的精度影响等。发表学术期刊论文12篇，其中，SCI收录4篇，EI收录3篇，中文核心期刊5篇，取得计算机软件著作权1项，受理发明专利2项，达到项目研究的预期目标。.项目的开展，对拓展方向控制的最小二乘理论以及提高复杂地形条件下相位解缠的质量，进而提高InSAR微小地表形变监测的精度具有重要的理论意义和应用价值。