1. 引言
3 维成像雷达高度计
[1,2]
综合了传统高度计高精度的测高能力和合成孔径雷达高分辨率
的成像能力,使海面高程的面测量成为可能,是遥感技术的最新发展前沿。2016 年 9 月 15
日,搭载世界首例 3 维成像雷达高度计的“天宫二号”空间实验室成功发射,在国际上首次
实验验证了采用小入射角和短基线干涉测量技术实现宽刈幅海平面高度厘米级精度测量的
工作机理。因 3 维成像高度计测高采用了与干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic
Aperture Radar, InSAR)基本相同的干涉测量技术
[1]
,故而在高程反演阶段必须通过相位解缠
这一环节将滤波后位于主值区间的缠绕相位转换为绝对相位。相位解缠是干涉测量技术的
关键环节,解缠的结果将直接影响最终的高程测量精度。在过去的数十年中,许多学者致
力于相位解缠算法的研究和改进,但如何在强噪声干扰环境中进一步提升干涉相位解缠的
效率和速度,目前仍是一个富有挑战的研究课题。
现有的微波干涉测量相位解缠方法主要有两类,第 1 类是与展开路径有关的局部法,
典型的有枝切法、质量图导引法
[3]
、最小断点法等;第 2 类是与展开路径无关的全局法,
典型的有最小二乘法
[4]
、最小费用流法
[5]
、最小零范数法等。此外,也有综合运用以上两类
方法或提出了基于混合数学模型的方法
[6]
,以在解决实际问题中寻求更好的实验结果。其
中,Goldstein 等人
[7]
于 1988 年在研究 InSAR 时提出的枝切法是一种非常经典的算法。该
方法通过识别残差点,并根据残差原理设置正确的枝切线,从而选择合适的积分路径,实
现相位解缠。但残差原理只是不连续相位存在的充分非必要条件,而且枝切线的放置因方
法不同往往结果也不相同,不合理的枝切线放置可能导致相位跳跃和无法解缠的“孤岛问
题”
[8]
。针对枝切法存在的缺点和问题,近年来国内外学者在理论研究和应用中进行了改
进。蒋锐等人
[9]
提出了等效残差点的概念,并基于等效残差点设置枝切线,解决了积分路
径穿过残差点密集区所引起的展开相位跳变问题。张妍等人
[10]
通过虚拟组合残差点改进枝
切线算法,在一定程度上解决了残差点较密集区域在放置枝切线时易产生“孤岛”的问题。
De Souza 等人
[11]
在获取物体 3 维轮廓时,利用跳变相位解决了剩余残差点的相位平衡问
题,进而通过寻求最小化处理时间实现了动态全息技术中的干涉相位解缠。
本文在研究 3 维成像高度计高程反演时,提出了一种改进的枝切线干涉相位解缠方
法,利用 JVC(Jonker-Volgenant-Castanon)全局最优分配算法在正负残差点之间放置枝切
线,以进一步缩短枝切线总长度,避免“孤岛”产生,提升干涉相位图中像素的解缠率,降
低高程反演误差。
2. 相位解缠与 Goldstein 枝切线算法