基于InSAR信息的DEM匹配算法研究

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随着科技的发展,利用目标地区数字高程模型(DEM)进行地形匹配在战场导航制导、汽车导航等方面应用广泛。合成孔径雷达干涉技术(InSAR)是在合成孔径雷达(SAR)基础上发展起来的,其具有全天时、全天候工作的优点,能够准确获得目标区域的DEM信息。  本文研究了利用InSAR获取的DEM作为实时图的匹配算法,讨论了利用InSAR处理流程中得到的解缠绕相位图作为实时图与DEM库的匹配,分析了干涉相位图与DEM库的匹配和SAR图像与DEM库的匹配算法。相对于由InSAR获取的DEM作为实时图进行匹配,解缠绕相位图与DEM库的匹配避免了DEM生成;干涉相位图与DEM的匹配避免了相位解缠绕和DEM生成;SAR图像与DEM库的匹配则避免了整个InSAR处理过程。这些方法都有效的减小了运算量,且降低了信息损失的概率。  本文首先从InSAR技术及处理流程出发,介绍了地形匹配的基本概念,分析了匹配的相似性测度,并且讨论了小波变换在图像匹配中的应用。  接下来,本文研究了利用InSAR获取的DEM作为实时图的匹配算法,包括归一化互相关算法、直方图算法和对数极坐标算法,其中直方图算法和对数极坐标算法是能够抗旋转的DEM匹配算法,而归一化互相关算法不能对发生旋转的DEM进行正确匹配。  然后,本文对解缠绕相位图和DEM库的匹配做了深入的研究,分析了解缠绕相位图和DEM之间的关系,研究了基于直线拟合测度的匹配算法和基于极坐标变换的匹配算法,并与归一化互相关法和对数极坐标法做了对比。仿真实验证明,基于直线拟合测度的匹配算法匹配精度较高、可以准确的计算出解缠绕相位图与DEM之间的旋转角度,是一种性能优良的算法。基于极坐标变换的匹配算法运算量较小,匹配精度稍低于基于直线拟合测度的匹配算法,但其运算速度快的优势有利于工程应用。  最后,讨论了干涉相位图匹配以及SAR图像匹配,并且仿真验证了匹配算法的性能。由于干涉相位图、SAR图像与DEM无法直接匹配,我们根据DEM数据结合InSAR系统参数模拟干涉相位图和SAR图像,通过实际图像和模拟图像的匹配完成定位。并针对干涉相位图匹配条纹疏密不一样的缺点,我们利用干涉相位梯度信息进行匹配,在存在基线误差、DEM误差的情况下,匹配精度有了一定程度的提高。
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