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。     

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。     

Sentinel-1卫星TOPS模式影像增强谱分集配准优化

Sentinel-1卫星TOPS模式影像通常在几何配准的基础上,再次利用Burst重叠区域进行增强谱分集处理以实现高精度配准。几何配准主要依赖卫星轨道参数,难以进一步提高其配准精度,因此Sentinel-1影像配准的关键则是通过增强谱分集准确估计出几何配准后的残余偏移量。然而,增强谱分集易受失相干噪声等因素的影响,低相干条件下难以满足0.001像素的配准精度要求。因此本文首先针对单基线条件下的增强谱分集配准处理进行以下改进：①完善增强谱分集多视理论,采用前置多视处理,优化增强谱分集处理流程;②基于增强谱分集相位的残余偏移量等权估计升级为加权估计,改善参数估计方法;③完善距离向增强谱分集加权估计理论,实施距离向增强谱分集配准,增加增强谱分集的观测量。然后在单基线配准的基础上,针对时序影像处理提出优化方案：①根据影像干涉对组合所形成的增强谱分集冗余观测量进行多基线配准;②采用分布式目标技术提高增强谱分集干涉图相位质量。上述改进方案互相补充,不但能独立实施,而且可以联合使用。研究结果表明,以上改进方法能够在一定程度上提高配准精度。     

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。     

TOPS模式哨兵-1雷达干涉图误差校正技术

哨兵-1系统因其优质的设备参数及开放性的政策具有很高的学术及应用价值，然而其特殊的TOPS成像模式对利用该数据的干涉处理与分析提出了挑战。本文对影响哨兵-1 TOPS模式数据干涉质量的数据配准、电离层及对流层因素进行了定量化分析，提出了基于ESD，以及GPS、ECMWF等外部数据源校正的TOPS哨兵-1模式干涉图误差校正技术；以一对2016年某区域的哨兵-1 TOPS模式影像为研究数据，对其依次进行了精配准、电离层相位和对流层相位系统校正。研究结果表明，配准精度能够满足数据1/1000像元的精度要求；能去除电离层条带相位和方位向相位跳变；进而实现对流层相位约27%标准差精度的提升。此技术能够显著减小哨兵-1 TOPS模式数据的干涉误差，提高其在差分雷达干涉乃至时序差分雷达干涉等形变监测中的应用价值。     

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.     

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。     

滑动聚束模式SAR影像干涉处理方法

合成孔径雷达聚焦成像时,因地球旋转和传感器姿态控制误差而产生的非零多普勒中心在聚焦影像方位线中引入了线性相位,因此在干涉处理时方位线不能作为基带信号进行重采样。为了确保相位信息在重采样过程中不出现损失,一般采用内插核调制的方法完成方位线重采样。滑动聚束模式影像因成像的特殊性,聚焦影像的多普勒中心分布更加复杂,其方位线为时变信号。分析了滑动聚束模式影像点目标的多普勒历程,多普勒中心在方位线的变化规律,时变信号的内插方法,并通过模拟实验验证非零多普勒中心对内插精度的影响,最后对DORIS软件重采样环节进行改进,即采用新的多普勒中心表达式对内插核进行调制完成影像重采样,实现TerraSAR-X卫星滑动聚束模式影像的干涉处理。     

Sentinel-1A卫星TOPS模式数据干涉处理

TOPS成像模式通过在方位向和距离向联合调整波束姿态来实现宽幅成像。与条带模式不同,该模式在成像过程中每组Burst多普勒中心频率在方位向发生变化,干涉处理重采样时精确获取每个采样单元的多普勒中心频率是本文研究的重点。因此本文采用意大利那波里地区Sentinel-1A卫星数据进行了试验,首先采用联合估计方法有效计算出了多普勒中心频率,再调制插值核,进而获得了干涉处理结果,最后参考零多普勒时间进行Burst干涉图间的拼接,获得了更大范围的干涉图。     

国产高分三号卫星干涉测量试验

主要利用国产高分三号(GF-3)卫星数据通过合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术提取试验区域数字高程模型(digital elevation model,DEM).首先介绍了GF-3卫星及其主要成像模式;然后介绍了InSAR数据处理过程及其关键技术,包括基线估计、影像配准、相位解缠等,并介绍其典型算法;最后利用GF-3试验数据提取DEM并对其进行精度评价.试验验证了目前国产SAR(synthetic aperture radar)卫星在干涉成像、干涉测量方面的能力.     

附带星历参数的星载合成孔径雷达影像自动配准算法

Fourier-Mellin不变性对称相位匹配滤波器,即symmetric phase-only matched flitering of fourier-mellin invariant(SPOMF-FMI)能解决影像配准的平移、旋转和放缩几何变换问题;然而,该方法在实际应用中具有局限性,包括图像几何尺度和图像非线性几何畸变处理能力.为了克服上述缺陷,提出了一种附带星载参数的星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像自动配准算法.该方法采用由粗到精匹配策略,由距离-多普勒影像粗匹配和改进SPOMF-FMI影像精匹配组成.使用Radarsat-1和ENVISAT ASAR影像做实验,结果表明本方法在处理重复轨道或相同升、降轨星载SAR影像(即确保相似影像纹理测度)配准问题时,能达到子像素级的配准精度.     

基于InSAR复数影像配准方法研究综述

随着合成孔径雷达(SAR)影像数据源增多和数据质量的提高，合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术的使用相继得到快速发展，SAR复数影像配准作为影像干涉处理最重要的步骤逐渐成为一个重要的研究课题。本文以SAR影像振幅、相位、灰度值为核心信息，对现有的研究方法进行了归类，从控制点选取优化、影像几何关系特征及深度学习三方面总结了配准方法的研究发展现状；对各类研究方法优势和局限性进行对比分析，论述了当前关于SAR影像配准存在的主要问题，并对该领域未来研究方向进行展望。     

InSAR复影像配准方法与实践

利用合成孔径雷达干涉测量技术获取地表三维信息的研究，受到世界各国的广泛关注。高精度复影像配准是InSAR数据处理的关键步骤，其结果直接影响生成干涉相位的质量，进而影响获取数字高程模型的精度。本文采用相干系数法进行粗配准，采用基于相干系数拟合的方法进行精配准，可以实现复影像数据的高精度配准。经机载和星载数据的试验验证，该方法有效可行且运算效率高，具有实用性。     

基于Sentinel TOPS模式Stacking技术监测淮南矿区沉降

基于Sentinel-1获取的9景影像,采用新型TOPS成像模式Stacking技术分析淮南矿区地面沉降特征。首先,针对TOPS干涉影像burst间存在相位跳变的问题,采用三步法对影像进行精确配准,配准精度高达0. 001个像元;然后,利用多项式拟合方法消除差分干涉图中的趋势性相位;最后,基于最小二乘法线性回归得到研究区的沉降速率。沉降结果表明,淮南矿区呈现多个沉降中心,主要分布于研究区的西部和北部,沉降速率在空间上呈不均一分布,最大年沉降速率在80～90 cm/a;研究区开采沉陷具有幅度大、范围小的特点,沉降幅度在10～80 cm/a间变化,沉降面积占整个研究区面积的3. 13%;矿井地面沉降非线性特征明显,即沉降中心在不同时间段的形变量不同。     

CCD 几何偏差模型的多波段遥感影像配准

多波段光学遥感影像配准是遥感卫星地面预处理中的关键环节,其精度决定了遥感数据产品的质量.一般使用波段间图像灰度相关匹配来实现多波段影像的配准.然而,该类方法的配准精度受地物特征影响较大,海面、港口、沙漠等地物特征不明显存在影像无法配准的现象.本文以北京一号(BJ-1) 小卫星多光谱影像的波段配准为研究对象,建立多波段线阵CCD 各探元在CCD 扫描方向和卫星飞行方向的几何偏差模型,来计算多波段影像间同名像元在图像行和列方向上的位置偏差,进而拟合出一个固定的波段配准模型来实现多波段影像的亚像元配准.该方法已应用于BJ-1 和DMC_UK2 小卫星多光谱影像的地面预处理波段配准中,配准误差小于0.5 像元,具有良好的应用效果.     

高分辨率遥感影像波段配准误差试验分析

高分辨率遥感影像波段间配准误差是影响影像质量及其应用精度的重要因素之一。配准误差指标要求是影像传感器研发中 的一项重要参数。为准确分析配准误差对遥感应用的影响程度，在试验研究中利用多项式模型模拟各种配准误差的图像，并从几何 精校正、目视解译、非监督分类实验及数据融合等角度分析了不同波段配准误差情况下对遥感应用的影响，提出了遥感应用中对高 空间分辨率卫星影像的波段配准指标要求。     

几种卫星合成孔径雷达影像配准算法的比较研究

复数影像配准是卫星合成孔径雷达干涉数据处理中的重要步骤之一,影像配准精度将直接影响干涉条纹图的质量和由此提取的高程或位移结果的精度。文中利用上海地区ERS-1/2影像数据进行实验,对比分析了三种方法的配准质量和运算效率,试验结果表明:在配准质量方面,相干系数法最高,相位差影像平均波动函数法次之;而在信噪比较低的情况下,最大频谱法的配准质量优于相位差影像平均波动函数法。在运算效率方面,相位差影像平均波动函数法的运算效率最高。     

干涉合成孔径雷达(INSAR)复图像配准方法

合成孔径雷达干涉测量技术是使用图像中的相位信息来提取高精度的数字地面高程模型.精确的图像配准是合成孔径雷达干涉技术提取数字高程模型的关键步骤之一,配准质量将直接影响提取的地面高程的精度.配准按照其精度分为粗配准和精配准.文中采用基于幅度互相关函数法完成图像的粗配准,在粗配准的基础上,使用最小二乘配准算法进一步提高配准的精度.实际数据处理表明,配准精度能够满足INSAR数据处理的要求.     

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