卫星轨道和大气延迟误差联合校正的山地DEM提取

针对轨道误差和大气延迟误差是制约ALOS PALSAR数据快速获取大面积及高精度数字高程模型的主要因素这一问题,该文提出一种基于埃尔米特(Hermite)插值和高程大气模型对两种误差进行联合矫正的方法。首先,采用埃尔米特插值法对轨道矢量数据进行插值,以提高去除平地效应的效果;然后,建立高程与相位之间的线性模型,去除与高程相关的大气延迟误差;最后,进行相位高程转换得到数字高程模型。利用陕西省彬县地区的两景ALOS PALSAR数据进行实验分析。结果表明,该方法获取的数字高程模型以航天飞机雷达地形测绘使命为参考的均方根误差为14.48m,比常规干涉方法获取的结果有很大的提高,证明了该方法的有效性。     

利用地面控制点相位残差定权方法减弱InSAR轨道误差相位

两次SAR图像成像时卫星位置的差异导致即使在平坦地区InSAR干涉图上也会有参考面相位存在。由于定轨精度有限，InSAR数据处理过程中需去除轨道误差相位。目前常用的去除轨道误差的方法为基于轨道状态矢量计算出初始基线，再根据地面控制点信息，利用最小二乘算法得到精密基线；或将初始基线对应的参考面相位去除后，再对剩余相位进行快速傅里叶变换或曲面拟合，得到趋势性相位再去除。由于去除参考面相位在去除大气相位和获取形变相位之前，因而基线精密估计的过程中易受到大气相位和形变相位的影响，影响形变解算结果。在实际应用中发现存在干涉图在去除参考面相位后依然有趋势性相位的现象，本文针对此现象考虑大气相位和形变相位影响，提出了利用地面控制点相位残差定权的基线估计方法，提高了估计形变结果的精度，模拟试验和实际应用表明该方法具有一定的有效性和可行性。     

小基线DInSAR技术在城市地面沉降监测中的应用研究

利用10景PALSAR影像,采用小基线DInSAR技术对天津塘沽地区2007年10月至2009年10月的地面沉降状况进行反演。在差分干涉处理中,按照小基线原则进行干涉对组合,并利用埃尔米特等距插值对PALSAR轨道数据进行内插处理,提高了平地相位的计算精度。利用相位稳定性分析法选择出高相干点,通过对这些高相干点进行误差项分离,最终提取出形变信息。研究结果与已有文献记录保持了较好的一致性,验证了小基线DInSAR技术的可靠性与可行性。     

基于ALOS PALSAR数据的卫星轨道拟合方法

以ALOS PALSAR数据为例,介绍了多项式轨道拟合法和轨道根数描述法两种卫星轨道描述方法。利用这两种方法确定了任意时刻的卫星轨道状态矢量,并结合数学软件Matlab进行计算,比较了两种方法的精度。实验结果表明,多项式轨道拟合法比轨道根数描述法的拟合精度更高,与原始数据的误差更小。卫星轨道拟合的目的在于提高雷达定位精度,对雷达数据校正及其相关研究具有重要意义。     

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。     

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.     

基于差分干涉SAR的煤田火区地表形变监测

煤田火区地表形态变化是煤火监测和分析的可用指标之一。由于矿区地表严重的去相干噪声,使得星载合成孔径雷达干涉测量技术应用于煤田火区地表形变检测比较困难。结合煤田火区地表形变特点,利用L波段的ALOS PALSAR数据进行差分干涉处理,利用干涉条纹频率精确估计基线,并用自适应滤波方法降低去相干噪声的影响。在去除平地相位和参考地形相位后,获取煤田火区的地表形变。研究表明:地表形变与煤火燃烧具有一定的相关关系,通过地表形变分析有助于对地下煤火燃烧情况的判断;利用差分干涉SAR技术检测煤田火区地表形变,进而对煤火进行监测和分析是可行的。     

粗／精轨道数据对卫星InSAR DEM精度影响的对比分析

本文在介绍InSAR系统中卫星轨道状态矢量内插方法的基础上，从理论和实际两方面分析了轨道数据误差对参考椭球面相位、地形干涉相位和数字高程模型（DEM）精度的影响。以上海局部地区作为实验场，采用ERS-1／2卫星SAR影像数据，分别使用欧洲空间局粗略轨道数据和荷兰Delft大学空间研究中心精密轨道数据进行了干涉处理，生成了两种情况下的DEM，并对相关精度进行了对比与分析。研究结果表明，使用精轨数据建立的DEM的精度明显高于基于粗轨数据建立的DEM的精度。     

联合多平台InSAR数据集精确估计地表沉降速率场

分析了不同平台InSAR数据集的成像几何差异以及时空分辨率不一致对沉降场联合反演的影响,提出了多平台InSAR数据联合估计方法及其解决方案。将该方法应用于分析覆盖上海地区的18景TerraSAR-X、16景ENVISAT ASAR和20景ALOS PALSAR数据,提取了数据共同覆盖时间段内（2009年~2010年）的上海市地表沉降速率场分布,并与同期获取的水准数据进行了对比验证。实验结果表明,本文方法能有效的联合多组观测数据给出更精确的沉降估计结果,且无需外部数据校正。     

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。     

基于地理定位的星载InSAR去平地效应方法

介绍了一种基于地理定位原理的方法。试验结果表明，该方法可以有效的实现去平地效应处理。     

利用车载双天线InSAR系统监测公路边坡形变

星载差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar,DInSAR)技术已经广泛应用于大范围的地表形变监测,但星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据获取的地表形变易受大气噪声的影响,且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响,提出了利用零空间基线的车载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时,通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零,从而使得利用DInSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程,极大地简化了差分干涉处理的流程。以中国湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例,使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析,得到形变值均方根误差为2.206 mm。     

用InSAR技术进行形变监测的研究

卫星合成孔径雷达干涉技术((InSAR)通过对地面同一地区两次或多次平行观测成像得到的复图象对进行处理可获得数字地面模型,用以监测地表面变化。本文简单叙述了(InSAR)基本原理、处理流程及方法,并通过天津SAR数据的处理,详细介绍了SAR数据处理整个过程,之后给出了基于ERS-2天津地区原始数据的实验结果形成的干涉图及数字高程图。     

Fusion of high-resolution DEMs derived from COSMO-SkyMed and TerraSAR-X InSAR datasets

Voids caused by shadow, layover, and decorrelation usually occur in digital elevation models (DEMs) of mountainous areas that are derived from interferometric synthetic aperture radar (InSAR) datasets. The presence of voids degrades the quality and usability of the DEMs. Thus, void removal is considered as an integral part of the DEM production using InSAR data. The fusion of multiple DEMs has been widely recognized as a promising way for the void removal. Because the vertical accuracy of multiple DEMs can be different, the selection of optimum weights becomes a key problem in the fusion and is studied in this article. As a showcase, two high-resolution InSAR DEMs near Mt. Qilian in northwest China are created and then merged. The two pairs of InSAR data were acquired by TerraSAR-X from an ascending orbit and COSMO-SkyMed from a descending orbit. A maximum likelihood fusion scheme with the weights optimally determined by the height of ambiguity and the variance of phase noise is adopted to syncretize the two DEMs in our study. The fused DEM has a fine spatial resolution of 10 m and depicts the landform of the study area well. The percentage of void cells in the fused DEM is only 0.13 %, while 6.9 and 5.7 % of the cells in the COSMO-SkyMed DEM and the TerraSAR-X DEM are originally voids. Using the ICESat/GLAS elevation data and the Chinese national DEM of scale 1:50,000 as references, we evaluate vertical accuracy levels of the fused DEM as well as the original InSAR DEMs. The results show that substantial improvements could be achieved by DEM fusion after atmospheric phase screen removal. The quality of fused DEM can even meet the high-resolution terrain information (HRTI) standard.     

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.     

InSAR平地相位去除算法及其对DEM精度影响研究

准确有效去除干涉纹图中的平地相位是精确莺建DEM的关键.探讨了两类常见的去平地相位方法(基于地理定位和基于干涉频谱),分析了其所引起的误差影响.通过Envis砒和JERS-1两种数据的验证结果表明:在可获取精密轨道数据的情况下,基于地理定位的去平地方法能够有效去除干涉纹图中所包含的平地相位,并很好地控制最终所得的DEM误差,其效果优于基于干涉频谱的去平方法;基于干涉频谱的去平方法在干涉频谱平均空间频率为0时,所引起的DEM误差相对较小;在精密轨道数据缺乏的情况下,两种方法均不能满足重建DEM精度要求.     

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.     

InSAR基线对干涉图的影响分析

基于InSAR技术的基本原理,在h=0处进行了泰勒级数展开,推导了干涉相位组成。根据干涉相位组成论证了基线对影像相干性、高度灵敏度、平地效应及干涉SAR系统距离分辨率等的影响,利用数据进行了仿真实验,指出了基线长度对干涉图的影响程度,对合理选择干涉像对具有指导意义。     

A case study of using external DEM in InSAR DEM generation

Synthetic aperture radar interferometry (InSAR) has been used as an innovative technique for digital elevation model (DEM) and topographic map generation. In this paper, external DEMs are used for InSAR DEM generation to reduce the errors in data processing. The DEMs generated from repeat-pass InSAR are compared. For steep slopes and severe changes in topography, phase unwrapping quality can be improved by subtracting the phase calculated from an external DEM. It is affirmative that the absolute height accuracy of the InSAR DEM is improved by using external DEM. The data processing was undertaken without the use of ground control points and other manual operation.