精密轨道支持下的哨兵卫星TOPS模式干涉处理

哨兵卫星采用TOPS模式成像,为确保影像干涉相位偏差小于3°,方位向配准精确度需达到0.001个像素。本文论证了哨兵卫星精密轨道条件下进行几何配准即可达到较高的配准精度,满足增强谱分集进行方位向残余偏移量估计的前提条件,并基于DORIS软件实现哨兵卫星TOPS模式影像的几何配准和增强谱分集优化配准处理。地表方位向形变等信号可导致Burst干涉图之间发生相位跳变,并对增强谱分集估计几何配准残余偏移量时产生干扰,本文开展了相关的理论分析和数据处理试验,提出粗差探测方法消除相位跳变对增强谱分集配准的干扰。     

RADARSAT-2卫星TOPS模式影像干涉处理

宽幅干涉(terrain observation by progressive scans,TOPS)模式方位向多普勒中心频率的变化导致了干涉图相位的相对扭曲,干涉处理时需要较高的配准精度。加拿大合成孔径雷达遥感卫星(RADARSAT-2)TOPS模式影像由于轨道精度较差,几何配准精度过低,导致其干涉配准较哨兵合成孔径雷达遥感(Sentinel-1)卫星更加复杂。为了实现该卫星TOPS模式影像的干涉处理,首先采用相关配准、谱分集方法依次对几何配准结果进行校正,然后利用增强谱分集进行方位向偏移量矫正。由于依靠卫星星历参数和聚焦成像参数的多普勒中心估计方法精度有限,因此提出了采用相位增量法优化多普勒中心估计结果,并通过影像方位线功率谱检验了估计的多普勒中心。     

实时轨道条件下Sentinel-1卫星影像干涉配准

Sentinel-1卫星步进扫描模式干涉处理方位向配准精度要求达到0.001个像素，通常在精密轨道条件下采用几何配准联合增强谱分集完成影像的配准。但Sentinel-1卫星精密轨道发布较晚，而实时轨道精度较低，几何配准后易导致增强谱分集相位缠绕。为了进一步修正实时轨道条件下的几何配准结果，满足卫星干涉实时处理的需要，选取以点目标为中心的窗口进行相关配准，并对多组Burst配准结果进行拼接处理，以提高相关配准算法的可靠性和精度，确保配准精度满足增强谱分集的要求。     

基于几何配准的多模式SAR影像配准及其误差分析

星载合成孔径雷达影像干涉处理时所需方位向配准精度因成像模式的差异而有所不同,目前在精密轨道条件下以几何配准为基础辅以影像信息的配准方案因其严格的理论模型和较高的精度成为干涉处理的首选。本文以TerraSAR-X影像为例,论证了不同成像模式影像所需的配准精度和卫星轨道精度,并通过理论分析和试验证明了精密轨道条件下,利用几何配准即可满足TerraSAR-X等卫星的条带模式影像干涉处理的需要;聚束模式影像需要在几何配准的基础上利用影像相干性或谱分集进一步优化配准结果。鉴于增强谱分集偏移量估计精度最高,本文进一步利用增强谱分集对比分析了不同轨道不同DEM条件下的几何配准误差。研究结果表明:卫星轨道切向误差是几何配准的主要误差源,目前常用3种DEM几何配准差异远小于0.001个像素,均可满足Sentinel-1影像干涉配准的需要。     

顾及方位向偏移的光谱分频法InSAR电离层改正

针对电离层变化导致的影像方位向偏移,使子带影像配准结果存在部分区域失相干现象,从而导致估计出的电离层相位屏精度较低的问题,该文提出了一种改进后的共配准方法以提高干涉图相干性。该方法采用复互相关的估计方法进行影像间的偏移量估计,然后对估计阵列中的异常值进行中值滤波器和低通滤波处理,提高偏移量矩阵的精度,最后利用双线性插值的方法进行插值采样完成影像配准。该文以覆盖昆明地区的L-波段先进陆地观测卫星(ALOS-2)数据和覆盖墨西哥城地区的C-波段欧洲航天局哨兵1号(Sentinel-1)数据进行实验,结果显示,使用改进后的配准方法得到的最终改正结果的精度分别提升了13%、15%左右。该方法有效地平衡了电离层变化对于配准精度的影响,提高了干涉图的相干性,进而提高了电离层相位屏的精度,电离层的影响得到了缓解。     

基于迪杰斯特拉算法的哨兵卫星TOPS模式时序影像精配准

目前,哨兵卫星被广泛应用于监测地表形变,然而其默认成像模式TOPS(terrain observation with progressive scanning)受粗配准的精度限制,方位向的频谱混叠会导致重叠观测区域出现相位跳变,需要通过精配准进行纠正。多数开源软件都采用几何配准和增强谱分集结合的方式对哨兵影像进行精配准。增强谱分集的精度通常受到时间去相干、几何去相干和方位向形变等诸多因素的影响,但其直接影响因素是相干性,研究了增强谱分集的精度与相干性的关系。同时,为了提高时序影像的配准精度,提出在精确估计相干性的基础上提取高相干点用于增强谱分集,并应用迪杰斯特拉最短路径算法生成最优配准像对,完成时序像对的精配准。利用传统的单主影像增强谱分集和目前精度最高的序贯网络增强谱分集(network-based enhanced spectral diversity,NESD)对所提出的方法进行了精度验证。实验证明,所提方法能够达到对哨兵影像进行有效精配准的目的,并且弥补了NESD方法的不足。     

基于配准偏移量的InSAR基线估计

根据SAR干涉测量原理,以配准偏移量为观测值,采用非线性最小二乘迭代法对干涉对的基线进行估计,并以ENVISAT卫星在西藏地区获取的两景SAR数据为例,对此基线估计算法进行实验验证。结果表明,该算法能有效地估计基线,减小轨道不精确带来的误差,在一定程度上提高InSAR生成DEM的精度。     

时序Sentinel-1TOPS模式SAR数据精配准

Sentinel-1卫星星座采用TOPS作为默认成像模式,要求方位向配准精度达到0.001像素以便确保相邻burst干涉图的相位偏差小于3°.ESD技术是消除几何配准系统误差、纠正方位向配准偏移量的有效方法,但在低相干性场景或快速去相关的条件下,该方法配准精度会随着相干的降低而衰减,并导致配准误差的传播,造成干涉图出现相位跳变.为解决这一问题,本文提出一种T OPS模式数据时间序列配准方法.该方法在图论框架下采用Bellman-Ford单源最短路径算法最大化时间网络的相干性并确保网络中包含多余观测,进而削弱平差过程中的误差传播.本文采用模拟数据和覆盖关中平原的真实数据对现有时序配准方法进行了对比验证.结果表明,本文方法能够有效提高T OPS时序配准的精度.     

提高海丝一号SAR影像定位精度的图像配准方法

海丝一号（HISEA-1）是国内首颗对标国际先进指标的C波段商业SAR卫星，最高成像分辨率为1 m，整颗星质量小于185 kg，具有轻小型、低成本、调度灵活等优点，但是其影像产品的定位精度相对于国内外高几何精度的卫星影像，如哨兵一号（Sentinel-1）干涉宽幅模式影像产品仍有差距。本文提出了一种利用图像配准技术提高SAR影像几何精度的方法，将已知高精度地理坐标的Sentinel-1数据作为参考基准，HISEA-1 SAR数据作为待配准图像，通过完成两者之间的精确匹配，以纠正HISEA-1SAR影像的定位精度。     

使用ERS-1/2 SAR干涉测量数据生成DEM

干涉合成孔径雷达（ＥＮＳＡ－Ｒ）数据已被证明能生产精确的数字高程模型（ＤＥＭ）。我们已开发了从单视ＳＡＲ复影像自动生成数字高程模型的新软件。基于ＳＡＲ多视强度影像的最小二乘影像苑被 用二复影像对的配准,达到极高的配准精度。同时提出一种新的计算目标点三维坐标的方程卫星轨道,半途而废和基线参数以及相位常数被纳入方程中并被表示为时间的线性函数。利用至少６个地面控制点能够同时估算这些参数。本文给出了动作持     

利用PC-SIFT的多源光学卫星影像自动配准方法

针对多源光学卫星影像几何校正过程中同名点匹配率低、配准过程自动化差等问题,本文采用相位一致性代替原始尺度不变特征变换(scale invitation feature transform,SIFT)算法中的像素灰度值梯度对主方向和特征向量进行描述,提升特征描述的正确率;以频率域下相位分析结果为约束条件对匹配结果进行优化,抑制错误匹配同名点;同时,提出了一种基于随机采样一致性(RANSAC)的自适应选择策略,提高参数估计阶段的自动化水平;最后,实现多源光学卫星影像间的配准。多组数据实验结果表明了该方法在辐射非线性畸变多源光学卫星影像间配准中的有效性和适用性。     

共享内存环境下的干涉合成孔径声呐复图像配准及优化方法

提出了一种共享内存环境下的干涉合成孔径声呐（interferometric synthetic aperture sonar，InSAS）复图像配准优化方法。首先在分析复图像配准算法各处理步骤计算特点和并行性的基础上，针对粗配准和精配准计算中大量的滑动窗口计算操作，根据相邻窗口数据之间的关系进行了计算方法优化设计；然后采用OpenMP指令对粗配准、精配准、复图像插值和干涉相位提取计算步骤进行了并行化设计和计算任务分配，以充分利用多核计算资源加速复图像配准过程；最后通过InSAS复图像的并行配准试验验证了所提方法的正确性和高效性。     

局部单应约束的高精度图像自动配准方法

提出一种基于SIFT特征的抗差图像匹配算法。算法分为两个阶段:①初始匹配,综合利用SIFT特征匹配方法和基于SIFT特征尺度和方位信息的自适应归一化互相关(normalized cross correlation,NCC)方法建立初始相关,并基于几何关系一致性检测剔除误匹配;②匹配传播,在初始相关的基础上,利用自适应NCC和局部单应约束进行匹配传播,迭代产生更多的匹配点并采用几何关系一致性检测剔除可能的误匹配。初始单应采用最小二乘匹配方法估计得到,并采用自适应NCC为其提供良好的初始值。与现有的基于SIFT特征的图像配准方法相比,算法在抗几何变形和配准精度等方面具有优越性。     

利用距离变换模型进行卫星影像与激光点云精配准

卫星影像可以低成本、高频率地提供地物光谱特性观测信息,而激光点云可以提供精细的几何结构,两类数据的融合可以实现优势互补,进一步提高地物分类和信息提取的精度和自动化程度。实现亚像素级精度的几何配准是实现两类数据融合的前提,提出了一种基于线元素距离变换模型的快速配准方法。该方法以点云为控制源,将点云中的建筑物边缘等典型线元素通过卫星影像的初始有理多项式系数(rational polynomial coefficient, RPC)投影到像方空间,与卫星影像中的线元素进行迭代最近点配准,从而通过RPC参数精校正的方式实现几何配准。采用距离变换模型作为迭代最近点搜索的查找表,提高了运算效率;采用最新的渐进式鲁棒求解策略,能在噪声极多的情况下保证配准的鲁棒性。采用GeoEye-2、高分七号、WorldView-3等卫星影像与激光点云进行了配准实验,并分别通过人工精确量测的外业控制点和作业员内业刺的控制点作为检查,证明所提方法能在3种影像上达到0.4～0.7 m的配准精度,显著优于将点云映射为二维图像然后通过多模态匹配进行配准的策略。     

卫星雷达遥感在滑坡灾害探测和监测中的应用:挑战与对策

将卫星雷达遥感应用于滑坡灾害的探测与监测，不仅可以从空间尺度上大范围捕捉到滑坡信号，而且可以从时间尺度上以较长周期追踪滑坡的运动状态。但是，卫星雷达遥感本身的局限性和滑坡所处的复杂地形环境使这一应用面临一些挑战。对卫星雷达遥感技术的4个主要挑战进行了总结与分析，同时给出了相应的解决方案:①通过提高卫星雷达影像的空间、时间分辨率，使用较长波段雷达信号或采用增强型时间序列分析技术，可降低密集植被覆盖对相干性的影响。另外，采用像素点偏移量追踪或距离向分频干涉测量方法，可克服传统干涉测量中大梯度形变引起的相位失相干。②大气延迟对卫星遥感的影响较大，尤其是地处山区的滑坡探测和监测，利用通用型卫星雷达大气改正系统可显著减弱干涉影像的大气信号并进一步简化时间序列分析，提高缓慢运动滑坡的探测和监测质量。③对于中等分辨率的雷达影像而言，利用数字高程模型可提前量化分析雷达几何畸变（如叠掩、阴影等）引发的滑坡探测监测的适用性；而对于高分辨率的雷达影像而言，利用机器学习方法无需外部高分辨率数字高程模型即可精确识别雷达影像的阴影和叠掩区并进行掩膜，从而大幅度提高数据处理效率。④针对高坡度地区残余的地形相位引起的解缠误差，可通过基线线性组合的方法予以减弱。此外，提出了一个基于多源对地观测的滑坡探测/监测系统框架，综合卫星雷达遥感与其他对地观测数据（如地基雷达、激光雷达、全球导航定位系统），搭建了一个自动化滑坡探测与监测系统。该研究旨在阐明卫星雷达遥感的优缺点，进一步深化其在滑坡灾害监测方面的应用和推广，引出未来侧重发展方向的思考与探讨。     

遥感影像融合AIHS转换与粒子群优化算法

Pan-sharpening是通过将低分辨率多光谱图像（LMS）与高分辨率全色图像（PAN）进行合成而获得高光谱高空间分辨率的多光谱图像（HMS）的过程。本文提出一种Pan-sharpening方法，称为PAIHS。该方法基于自适应亮度-色度-饱和度（AIHS）转换和变分Pan-sharpening框架以及两个假设（① Pan-sharpening图像和原始多光谱图像（MS）具有相同的光谱信息；②Pan-sharpening图像与全色图像（PAN）包含的几何信息保持一致），同时确定目标函数，然后用粒子群算法（PSO）进行优化，目的是得到最佳控制参数并求得目标函数最小值，此时对应着最好的Pan-sharpening质量。试验结果表明，本文提出的方法具有高效性和可靠性，获得的性能指标也优于目前一些主流的融合方法。     

利用多光谱影像检测资源三号卫星平台震颤

卫星平台震颤是影响高分辨率卫星成像质量的因素之一,会引起影像模糊和内部畸变。本文从资源三号卫星多光谱相机的成像特点和多光谱影像配准误差影响因素入手,理论推导和仿真分析了卫星平台震颤对配准误差的影响规律,在此基础上提出了基于多光谱影像高精度密集匹配的平台震颤检测方法和流程,最后利用不同波段、不同时间的成像数据进行试验。试验结果表明资源三号卫星在试验数据成像阶段存在约0.6Hz的平台震颤,且垂轨方向震颤幅值大于沿轨方向,同时引起波段间相同频率周期性配准误差。检测结果为进一步提高资源三号处理精度提供了可能,也为卫星平台震颤源的分析和优化卫星平台设计提供了重要参考依据。