相对轨道根数的重轨InSAR卫星基线分析与控制

星载重轨干涉SAR卫星在高程测绘和形变测量中有着全天时全天候和大范围的优势,其中干涉基线是决定干涉性能的重要指标,而卫星重访轨道对干涉基线起着决定性的作用。通过对现有高分三号干涉数据轨道参数的分析,发现干涉基线相比国外先进卫星过长且稳定性有待提高。本文通过对相对轨道根数和机动控制的分析,得到满足重轨干涉SAR系统要求的稳定基线。以第一次观测的轨道为参考轨道,基于在摄动情况下重复观测轨道与参考轨道的相对轨道根数,计算得到重轨干涉基线的变化规律,并对不同纬度的观测目标进行了样例分析。在基线变化规律的基础上,利用机动速度和相对轨道根数的关系,进一步计算得到满足基线状态需求的机动控制方法。通过实际数据分析,给出了相对轨道根数变化对初始理想构型的影响,验证了重轨干涉基线变化规律符合本文的分析,并利用仿真样例给出了使得重轨干涉基线达到预期要求的机动控制方案。实际数据和仿真实验表明该模型能够通过可长时间观测并准确获得的轨道根数直接计算基线状态,并能从干涉基线需求出发,快速准确的得出对卫星的控制策略。     

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。     

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。     

InSAR时空基线对DEM精度的影响分析

InSAR是获取全球DEM的重要手段。然而InSAR地形测绘过程中极易受各类干涉要素的影响,其中基线是重要的干涉要素之一。本文采用天津地区40景TerraSAR-X影像构成的780个干涉对,定量分析了时空基线对InSAR地形测绘的影响,试验结果表明,空间基线越大,高程精度越高,两者呈幂函数关系;时间基线越大,高程精度越低,两者呈线性函数关系。因此在地形测绘过程中,应在确保相干性的前提下采用尽量长的空间基线,同时确保足够短的时间基线,消除时间失相干的影响。本文为国产SAR卫星的构型设计提供了技术参考。     

基于SBAS的矿区形变监测研究

由于使用的SAR图像较少,缺乏多余观测,传统的DInSAR测得的形变可靠性较差.此外,受InSAR观测周期以及空间和时间基线的限制,多数情况下很难将离散的DInSAR观测连接起来,获得时间上连续的沉降场,从而揭示研究区域的沉降演化情况.运用小基线集(SBAS)技术,通过虚拟观测值的方法,对DInSAR获取的相位进行后处...     

基于Kalman滤波的星载双天线InSAR基线误差估计

星载干涉合成孔径雷达（InSAR）基线的高精度测定是获取地面数字高程信息的关键技术。对双天线InSAR系统,采用光学相机和激光测距仪相结合实时动态测量基线。由于存在仪器误差和几何误差等,为满足干涉基线的确定精度,基于基线测量系统,构建状态方程和测量方程,并结合天线支撑臂模态分析,设计了Kalman滤波器,确定干涉基线的长度和指向。模拟仿真结果显示,该滤波器能够有效地估计干涉基线长度和指向,满足基线确定精度要求。     

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。     

基于牛顿迭代法的干涉SAR基线估计

根据SAR干涉原理,提出基于牛顿迭代法的干涉SAR基线估计算法,利用1996年4月15日和16日的ERS-1/2C波段的单视复数据,用该算法求得的基线值和用从欧洲空间局(ESA)的有关基线数据库中查到该景干涉雷达数据相应的基线值分别进行去平地相位的实验,证明基于牛顿迭代法的干涉SAR基线估计提取的基线参数比较精确。     

雷达干涉测量中基线估计常用方法分析

基线是合成孔径雷达干涉测量中的一个重要参数,其长度与倾角的微小变化都会引起地形高度的误差,因此,基线估计是InSAR数据处理中至关重要的环节。针对当前InSAR基线估计中存在的诸多问题,本文先推导了基线与InSAR定位误差的关系,进而分析了研究基线估计的必要性,总结了当前基线估计的常用方法,指出了各类方法的优缺点及适用性,最后,基于基线估计的技术难点,探讨了其相关研究热点与发展趋势。     

利用Sentinel-1数据和SBAS-InSAR技术监测西安地表沉降

哨兵一号(Sentinel-1)数据是目前现势性较好的免费SAR数据,且因其6天的重访周期,非常适合In SAR地表形变监测。本文以西安市城区及周边为研究区,开展基于多期Sentinel-1数据和短基线集干涉(SBAS-In SAR)技术的时序地表沉降监测方法的探索,研究形成了详细的数据处理流程,利用已有研究资料佐证了方法的有效性。监测表明:2015—2016年,绝大部分区域地表形变速率位于[-33~30]mm/a区间内,228 d监测期内累积沉降量最大约75 mm,发生在目前西安最大沉降中心鱼化寨;相比20世纪末,沉降强度大幅减弱,沉降严重区域由西安市东郊向南郊转移,且沉降范围减小。     

Diameters of the orbital tubes in long-term interferometric SAR surveys

This letter studies the impact of the use of permanent scatterers (PS) on the distribution of the perpendicular baselines in long-term satellite interferometric synthetic aperture radar surveys. This letter also evaluates the relation between the radar center frequency and the dispersion of the estimates of the elevations of the PS as a function of noise and of the time jitter due to atmospheric disturbances.     

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.     

利用L波段星载重复轨道干涉SAR提取DEM及大气效应分析

以四川省茂县、安县地区的ALOS PALSAR L波段雷达影像为数据源,在对地形复杂区的配准、解缠等算法研究的基础上,结合SAR特有的成像几何结构,对两幅SAR图像进行快速自动配准,配准误差小于0.2个像元;在去除平地引起的干涉相位变化后,运用MCF对缠绕相位进行解缠,在此基础上提取研究区的数字高程模型(DEM),分析发现精度受多种因素影响,其中波长较长的L波段数据比波长较短的时间相关性好,此外为消除大气效应,采用改进的相位累积法去除大气的影响,在一定程度上提高DEM精度。其误差范围在±10m左右,对快速提取地形信息具有一定的借鉴意义。     

基线抖动对干涉SAR 相位的影响

提出并分析了基线抖动造成的干涉SAR 相位误差模型。基于干涉SAR 基线抖动模型, 分为水平抖动和 垂直抖动, 推导了存在基线抖动情况下辅天线复图像信号模型及基线抖动带来的干涉相位误差公式, 分析了基线 抖动对成像质量和干涉相位的影响, 针对SRTM 系统进行了计算机仿真。通过基于基线抖动的干涉SAR 原始回波 数据计算, 仿真了点目标和面目标场景的回波信号, 并进行成像得到了复图像和干涉条纹, 仿真结果验证了理论分 析的正确性。     

星载寄生式InSAR系统相关性及相对测高精度分析

结合星载寄生式干涉合成孔径雷达(InSAR)的工作原理及高稳定频率源的工作特性,给出了时间和频率同步误差模型。基于该误差模型,分析了时间和频率同步误差对干涉相位的影响,首次推导了同步误差导致的信号去相关。基于星载寄生式InSAR系统的空间几何关系和图像信号模型,详细分析了热噪声、模糊、量化噪声、基线、方位向、配准误差及体散射等去相关效应,给出了考虑上述全部去相关因素时系统的相对测高精度,并仿真分析了以Envisat为主星的寄生式InSAR系统在ASAR雷达7个不同波位下的相对测高性能。理论分析和仿真结果表明,在合理选择轨道和雷达参数的前提下,系统可以达到很好的测高精度。     

考虑基线去相关的编队InSAR测高精度分析

针对主星带辅星群编队InSAR的双站、斜视、空间基线等特点，首先建立绝对测高误差与相对测高误差模型；重点分析了基线去相关对干涉相位误差的影响；对干涉车轮和钟摆编队的测高性能、对测高精度与基线矢量的关系进行仿真分析；其次与两种经典近似几何关系下的测高精度分析进行对比。仿真结果表明：干涉测高精度必须考虑基线去相关的影响；相对测高精度明显优于绝对测高精度；经典近似几何给分析测高精度带来很大误差。     

Reliable estimation of orbit errors in spaceborne SAR interferometry

An approach to improve orbital state vectors by orbit error estimates derived from residual phase patterns in synthetic aperture radar interferograms is presented. For individual interferograms, an error representation by two parameters is motivated: the baseline error in cross-range and the rate of change of the baseline error in range. For their estimation, two alternatives are proposed: a least squares approach that requires prior unwrapping and a less reliable gridsearch method handling the wrapped phase. In both cases, reliability is enhanced by mutual control of error estimates in an overdetermined network of linearly dependent interferometric combinations of images. Thus, systematic biases, e.g., due to unwrapping errors, can be detected and iteratively eliminated. Regularising the solution by a minimum-norm condition results in quasi-absolute orbit errors that refer to particular images. For the 31 images of a sample ENVISAT dataset, orbit corrections with a mutual consistency on the millimetre level have been inferred from 163 interferograms. The method itself qualifies by reliability and rigorous geometric modelling of the orbital error signal but does not consider interfering large scale deformation effects. However, a separation may be feasible in a combined processing with persistent scatterer approaches or by temporal filtering of the estimates.     

GPS残差信号提取的时间序列分析方法

作者使用零基线单差模型研究并讨论了GPS量测噪声的时相关特性,并得出了GPS观测噪声具有类似白噪声或一阶高斯马尔科夫噪声的特殊性质。利用观测噪声所具备的这种特殊性质,作者首先尝试了从时间域的角度分离和提取了残差序列中的多路径信号特性,成功验证了多路径信号在连续两个恒星日内会有所重复的结论。作者提出了一种使用时相关分析法检测观测序列中周期信号(如冰期反弹、固体潮、极潮等)的设想并就其可行性进行了分析研究。最后,针对观测噪声的这种特殊性质,探讨了结合使用小波分析法提取GPS沉降监测信号的可行性。