多分辨率分析的InSAR轨道误差去除算法

针对传统的多项式模型去除InSAR轨道误差时,只能去除由于基线不准导致的平地相位残余误差,而对于基线误差引起的与高程相关的地形相位误差仍保留在干涉图中,提出了一种多分辨率分析的干涉相位轨道误差去除方法.从InSAR成像几何结构出发,分析轨道误差的空间特征,推导了由基线误差引起的平地相位误差及地形相位误差;再通过多分辨率分析把轨道误差与对流层延迟误差相位、外部DEM引起的地形误差相位、噪声相位等进行滤除,最后采用最小二乘计算多项式模型参数,可以更精细的估计出轨道误差相位,吸收与地形相关的误差.结果表明,经过改正的干涉图与DEM的相关系数仅0.033 8,相对于线性模型和二次多项式模型的0.165 5和0.071 9,对地形相关轨道误差的去除改善程度达到79.1％和53.0％,能够更好地去除轨道误差,提高了轨道误差估计精度,吸收了与地形相关的误差.     

轨道误差对InSAR 数据处理的影响

轨道参数是InSAR 数据处理中一个重要的参数,对从最初的图像配准到最后的高程值或形变值图像生成都有着重要的影响.含有误差的轨道参数造成基线误差以残差条纹的形式存在于干涉图中.完全去除残差条纹要求轨道绝对精度低于1mm,目前的定轨精度远不能满足要求.这里推导了轨道误差和残差干涉条纹的关系,分析了轨道误差对高程值和形变值影响的特点,提出采用二次多项式拟合的方法去除残差干涉条纹,并以巴姆地区的 ENVISAT 数据证明了提出方法的有效性.     

利用平地干涉相位进行INSAR初始基线估计

INSAR技术是最有潜力获取高精度DEM的手段之一.在其关键技术中,基线估计是影响最终DEM精度的一个关键因素.通常,较小的基线估计误差将会导致获取的DEM中存在较大的斜坡效应.但是,对于境外等难以获取地面控制点的区域,很难精确地估计出基线参数,从而使获取的DEM误差很大.针对这种情况,从INSAR的基本原理入手,提出了一种新的利用平地干涉相位进行初始基线估计的方法.利用1994年美国NASA航天飞机SIR-C/X-SAR数据和中国科学院电子所机载双天线干涉数据进行了实验,结果表明:该方法适用于无控制地区的基线估计,它无需地面控制点,并且估计出的基线参数比较精确.     

一种改进的多基线相位展开方法

针对最大似然估计的多基线InSAR相位解缠算法对噪声比较敏感且难以解缠低信噪比干涉图的缺点,该文提出一种多基线迭代与最大似然估计相结合的多基线相位展开方法。首先利用多基线迭代法得到最长基线干涉图粗略的干涉相位;然后在以此粗略相位为中心的相位区间里,利用多基线最大似然估计得到最长基线干涉图的干涉相位精确估计值。该文采用仿真的金字塔场景、多山场景以及城市场景干涉图进行相位解缠实验。实验表明,该方法的相位展开精度比多基线迭代法和最大似然估计法都有了不同程度的提高。     

提升小波变换的部分残差相位模拟与去除

为了修正轨道残留误差和大气误差的线性趋势项部分,有效改善解缠相位图的质量,该文根据小波变换可以实现分频这一重要特征,将其引入到合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术相位分离中;利用提升机制二维小波变换方法将解缠后的残余相位进行分解,并将低频部分在小波域内进行提取并估计修正,继而将纠正后的低频相位与高频相位进行重组。结果表明:针对解缠相位轨道残留误差和大气残留误差的线性趋势项部分,可以采用提升二维小波变换方法进行模拟和修正,该方法可以去除大量残差点,有效改善解缠相位图的质量。     

利用平地干涉相位进行INSAR初始基线估计

INSAR技术是最有潜力获取高精度DEM的手段之一。在其关键技术中,基线估计是影响最终DEM精度的一个关键因素。通常,较小的基线估计误差将会导致获取的DEM中存在较大的斜坡效应。但是,对于境外等难以获取地面控制点的区域,很难精确地估计出基线参数,从而使获取的DEM误差很大。针对这种情况,从INSAR的基本原理入手,提出了一种新的利用平地干涉相位进行初始基线估计的方法。利用1994年美国NASA航天飞机SIR-C/X-SAR数据和中国科学院电子所机载双天线干涉数据进行了实验,结果表明:该方法适用于无控制地区的基线估计,它无需地面控制点,并且估计出的基线参数比较精确。     

基于区域网平差的InSAR基线估计方法

为有效减少大面积、多套干涉数据基线估计所需的地面控制点数量、降低接边处反演高程的差异,提出考虑干涉相位偏置的InSAR区域网平差基线估计方法。采用中国科学院电子学研究所机载InSAR系统获取的多套干涉数据进行了区域网平差基线估计试验,利用少量地面控制点完成了各套干涉数据的基线估计,减小接边处反演高程的差异,验证该基线估计方法的有效性。     

利用附加系统参数的InSAR轨道误差估计

针对利用小波分析方法联合二次曲面模型改正合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)轨道误差时观测值的系统误差特性,该文在传统二次多项式的基础上建立了一种附加系统参数的轨道误差改正模型。利用小波分析方法可以有效提取干涉相位中的低频部分,二次多项式法计算简便,附加系统参数平差原理顾及了观测值中其它系统误差项的影响,结合3种方法更准确地求解出了改正模型参数,实现了对InSAR轨道误差的有效估计去除。基于伊朗巴姆地区的ENVISAT ASAR数据实验表明:在使用所提算法去除轨道误差相位后的干涉图中,远离形变区域位置的相位值基本趋近于0rad,轨道残差相位也基本得到消除。     

静地卫星定轨的模糊度及基线选址

在短基线相位干涉法卫星定轨原理的基础上，分析了各主要误差源及其对相位模糊度计算的影响特性，指出目标卫星的初始轨道精度是影响模糊度解的主要因素；讨论了高稳定度的原子钟和共用本振方法以及近角距的较差观测对提高模糊度解的可靠性和精密定轨的积极作用。最后提出了综合有效率的概念，它可作为地面双基线布设及最优选址的参考依据。     

InSAR形变测量精度的精密关系式

基于InSAR形变测量基本原理,从基线沿水平向分解和基线沿视向分解两个方面出发,详细给出基线分解时的高度、斜距、基线,以及相位等量误差之间在互相独立和互相不独立两种情况下对InSAR形变测量精度影响的精密关系式.通过与已有的InSAR形变测量精度关系式比较可以看出,给出的InSAR形变测量精度的精密关系式具有较高的精密性和广泛的适用范围.     

基于Kalman滤波的InSAR基线估计方法

针对目前SAR干涉测量中基线估计现存的问题,提出了利用Kalman滤波和配准参数进行基线估计的方法.所提出的方法具有不需地面控制点、不受地形限制和不依赖于轨道参数等优点,并可以估计时变的基线参数.利用南京地区的ERS-1/2 tandem数据进行了试验研究,并对提出的方法进行了验证.结果表明,在精确的卫星轨道数据和地面控制点不能获取时,所提出的方法仍能有效地估计InSAR基线.这在一定程度上补偿了轨道偏移带来的误差,为获取高精度的DEM奠定了基础.     

一种改进的机载SAR基线估计方法

本文利用地面控制点对机载双天线雷达系统的基线参数进行估计.首先证实了基线长度的精度与控制点斜距差的精度是同数量级的,然后运用最小二乘法解算控制点的斜距差,并通过干涉相位信息和解缠相位信息对斜距相位差进行精化处理,得到精度较高的斜距相位差参加基线的解算.通过实验表明,该方法获得的基线参数精度较高.     

滑坡灾害监测的圆弧合成孔径雷达大气相位校正方法

地基圆弧合成孔径雷达通过形变值测量实现滑坡预警,是一种重要的滑坡灾害监测遥感手段。大气相位校正影响形变值测量精度,是长时间稳定监测的关键技术。本文提出一种基于网格划分的两阶段大气相位校正方法。该方法通过特征提取及分类获得永久散射点,基于此实现监测点的自动筛选;利用网格估计大气相位,有效降低运算量,提高了计算效率;结合空间滤波和时间序列滤波,保证了大气相位估计的准确性。实测数据处理结果表明了该文所提方法在大气相位校正方面的有效性。     

SAR卫星轨道数据精度对Doris获取DEM精度的影响研究

本文介绍了InSAR卫星轨道状态矢量内插方法,基于荷兰Delft大学开发的Doris雷达干涉软件分析了SAR卫星轨道数据误差对基线参数、参考椭球面相位、地形干涉相位和数字高程模型(DEM)精度的影响。以西藏玛尼地区为例,采用ERS1/2卫星数据,利用Doris软件,分别生成了基于欧空局(ESA)粗略轨道数据和荷兰Delft大学精密轨道数据的数字高程模型(DEM),并以SRTMDEM为基准对其精度进行了对比分析。结果表明,基于粗轨数据获取的DEM明显存在系统偏差,而基于精轨数据获取的DEM与SRTM DEM吻合的很好,相对于前者,精度提高5倍。     

地表形变监测的改进相干目标法

如何从雷达干涉时间序列影像中获取更全面的相干目标集合,进行变形时间序列分析是当前研究的难点和热点。本文提出了改进的相干目标法,可获取更为全面且可信度高的相干目标集合,进而提高地表形变监测的时空分辨率和精度。根据雷达影像中同类型地物散射分布相近的特点,采用非参数同分布检验算法提取后向散射特性相近的同质点开展空间非局部滤波,提高干涉图的质量。与此同时,利用多尺度的极大似然条纹频率估计算法分离差分干涉图中的系统性相位,并基于同质点进行自适应相干性估计,获取相干性的平稳估计量,从而获取更多的相干点目标。利用20景TerraSAR-X条带模式时间序列影像,分别利用传统的及改进后的相干目标法对香港填海区域地表形变信息进行时序分析。对试验数据的分析结果表明,本文提出的改进方法在具有稀疏植被的填海区可有效增加相干目标点的提取,得到更为可信的沉降结果。     

利用轨道参数修正的无控制点星载SAR图像几何校正方法

使用距离多普勒模型进行SAR图像几何校正时,卫星轨道误差、系统成像参数误差和DEM高程的误差会影响几何校正精度。本文提出了一种基于轨道参数修正的星载SAR图像几何校正方法。首先利用多项式对卫星轨道进行参数化,然后使用模拟SAR图像与真实SAR图像进行匹配得到控制点来修正轨道参数,最后利用修正后的参数进行几何精校正,从而提高几何校正精度。该方法无需地面控制点,适用于不易于人工测量获取地面控制点地区的SAR图像几何校正,与基于模拟SAR图像匹配并使用多项式改正的几何校正方法相比,本文方法具有更高的精度。使用Radarsat-2图像进行试验,并使用地面实测GPS控制点验证了本方法的有效性。     

基于观测时间配准的升降轨InSAR数据二维形变场解算

传统差分干涉技术只能获取雷达视线方向的一维形变场,极大地限制该技术的应用。联合升降轨InSAR数据,可以解算出地表二维形变场。然而,受卫星轨道参数的限制,即使是不同的卫星,也很难做到对同一目标的同步观测,造成升降轨观测时间的不一致,进而降低二维形变解算精度。针对上述问题,文中提出一种升降轨观测时间配准方法,即以其中一轨SAR时序数据的采集时刻为参考,采用数据插值技术,对另一轨SAR时序数据获取的时间累积形变量进行内插,得到对应参考时刻点的形变量。最后,联合解算时间配准后的两个一维形变量,获取研究区域的二维形变场。为验证所提方法的有效性,文中以苏锡常地区为例,开展二维形变场的解算实验。研究结果表明,所提方法可以更加准确地反演地表二维形变场。     

GPS超长基线解算的误差特性与精度分析

基于单基站的超长基线定位技术在地壳形变监测、高精度授时等领域具有广泛应用,但仍有诸多因素制约着超长基线解算精度。从观测方程出发,利用单差观测值对长（超长）基线(146～1 724 km)解算中的卫星轨道误差、对流层延迟误差、地球潮汐误差和相位缠绕误差等误差特性进行了详细分析。分析结果表明,当基线小于500 km时广播星历误差可忽略不计;超过500 km时需要采用精密星历,同时需要考虑地球潮汐误差的影响;利用参数估计法同时估计基线两端的天顶对流层延迟误差可获得1～2 cm精度;相位缠绕误差对基线小于2 000 km的解算影响可忽略。基于估计天顶对流层延迟的方法解算了5条长(超长)基线（146 km、491 km、837 km、 1 043 km和1 724 km）。实验结果表明,当基线小于500 km时,采用广播星历可获得水平方向优于0.05 m、高程方向优于0.08 m的定位精度;当基线小于2 000 km时,采用超快速精密星历可获得水平方向优于0.025 m、高程方向优于0.055 m的定位精度。解算的初始收敛时间随着基线长度增加而缩短。     

GNSS卫星精密定轨全球地面基准站网随机优化算法

为确保GNSS精密定轨精度和可靠性，需要顾及站点稳定性和观测质量等信息，在全球范围内均匀选取一定数目的地面基准站。在探讨测站数量和分布对导航卫星精密定轨影响的基础上，针对GNSS定轨地面跟踪站在全球分布不均匀的现状，综合考虑站点几何分布、站点稳定性和观测质量信息，提出基于格网控制概率下的全球测站随机优选方法。该方法综合利用格网方法和随机优化方法，通过全球测站分配一定的概率，进而随机抽样和筛选得到全球均匀分布的测站构型。实验结果显示，该方法在全球范围内选取30个测站时，GPS精密定轨的精度能达到2.15 cm，60个测站时，定轨精度优于1.26 cm；90个测站时，定轨精度可提高到1 cm以内。