面向多基线干涉SAR高程反演的全局最优相干方法

本文针对多基线极化干涉SAR数据,提出了面向多基线干涉SAR高程反演的全局最优相干方法。该方法将多景全极化干涉影像联合在一起,构建多基线极化相干矩阵,由多基线最优相干准则指导,求解全局条件下的最优干涉图。该方法可以有效降低多基线干涉中散射中心不一致对干涉相位影响,从而提高干涉相位的精度和可靠性,并提高最终获取DEM的精度。利用国产X-SAR系统和德国E-SAR系统获取的多基线全极化数据进行全局最优相干方法试验,利用多基线极化最优相干方法生成全局条件下的最优干涉图,依据多基线高程反演方法计算目标高程,验证了本文提出的方法的有效性。     

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。     

改进的多基线InSAR高程重建方法

针对在复杂不连续地形中,传统多基线高程重建算法噪声适应性差的缺点,该文先利用经验模态分解法对选定干涉图滤波,再通过基于马尔科夫模型的多基线最大后验估计重建地形高程。经验模态分解法滤波在抑制干涉图噪声的同时,较好地保留了条纹细节和边缘信息,使得重建的高程更为精准。相较于传统多基线高程重建算法,该文算法噪声适应性更好,估计精度更高,且边缘信息更清晰。最后通过3种地形的仿真实验,证明了该方法简单有效。     

基于快速傅立叶变换的干涉SAR基线估计

首先论述干涉SAR初始基线估计的基本原理；接着对用2维快速傅立叶变换（FFT）功率谱进行干涉SAR初始基线估计的具体算法进行了详细阐述；最后，基于1994年10月9日和10日的SIR－C L波段单视复雷达数据，用该算法进行了干涉SAR初始基线的垂直分量估计，并结合用航天飞机轨道数据得到的初始基线平行分量估计值进行去平地相位的试验。将结果与只用航天飞机轨道数据得到的初始基线进行去平地相位的结果及本区域的地形图进行比较分析。     

InSAR高程模型及其精度分析

提出了一种改进的InSAR高程模型，建立了高程和干涉相位的直接关系，并对公式推导中一般采用的平行射线近似处理方法所引入的高程误差进行了量化分析。结果表明，对于星载雷达而言，平行射线近似误差不能忽略。给出了近似误差与基线参数的确定性关系及相应的误差传播曲线，有助于误差纠正和重建高精度DEM。另外，基于改进的高程模型，推导出了高程测量误差传播公式，明确了基线长度和方向对测高精度的影响，对合理选择干涉像对具有指导意义。     

稳健的多基线SAR干涉相位估计

针对传统多基线合成孔径雷达干涉相位估计方法存在稳健性不高、适应性不强的问题,该文提出一种稳健的多基线合成孔径雷达干涉相位估计方法。利用最大似然频率估计准则从最短基线干涉图中提取每一复像元随基线变化频率的粗略估计值,并把提取的粗略频率通过共轭复乘补偿给相应的抽样复干涉信号,来降低抽样复干涉信号频率,避免了干涉基线间隔过大导致的抽样复干涉信号频谱混叠现象,从而克服了干涉基线间隔对长基线干涉相位估计精度的限制。实验结果表明,该方法不受干涉基线间隔的限制,能较为精确地获得长基线干涉相位估计值,对多基线干涉合成孔径雷达技术应用拓展以及高精度地理信息系统构建等具有参考价值。     

多基线InSAR干涉图的直接法仿真

为了研究多基线InSAR技术,充分利用长、短基线互补的优势来提高获取DEM的精度及可靠性,设计了一种多基线InSAR干涉图的直接法仿真方案。该方案采用正侧视成像模型,由F Leberl方程建立地面点坐标与像点坐标之间的关系,并针对机载多天线InSAR系统构成的多基线模式,直接由DEM中记录的地面点3维坐标计算像点坐标和干涉相位,再对干涉相位进行重采样以得到像点规则排列的干涉图。采用多套DEM进行了多基线InSAR干涉图的仿真实验,得到了较满意的结果,验证了所设计仿真方案的正确性和有效性。     

多基线InSAR干涉图的直接法仿真

为了研究多基线InSAR技术,充分利用长、短基线互补的优势来提高获取DEM的精度及可靠性,设计了一种多基线InSAR干涉图的直接法仿真方案.该方案采用正侧视成像模型,由F Leberl方程建立地面点坐标与像点坐标之间的关系,并针对机载多天线InSAR系统构成的多基线模式,直接由DEM中记录的地面点3维坐标计算像点坐标和干涉相位,再对干涉相位进行重采样以得到像点规则排列的干涉图.采用多套DEM进行了多基线InSAR干涉图的仿真实验,得到了较满意的结果,验证了所设计仿真方案的正确性和有效性.     

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。     

利用航天飞机成象雷达干涉数据提取数字高程模型

首先介绍干涉雷达 (INSAR)成象原理和处理方法 ,接着介绍了二维离散包缠 (wrapped)干涉相位纹图的解缠 (unwrapping)算法。利用航天飞机成象雷达 (SIR -C) 1994年 10月获取的昆仑山干涉数据 ,研究了SIR -CINSAR获取数字高程模型的方法 ,显示了INSAR在三维信息获取和动态监测方面的优越性和应用前景     

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。     

利用差分滤波进行多基线InSAR相位解缠

将差分滤波思想引入到多基线InSAR相位解缠中,以较短基线干涉图解缠结果指导较长基线干涉图的相位解缠,从而扩展相位解缠的非模糊区间,解决较长基线干涉图中欠采样区域的相位解缠难题。利用由SRTM DEM和SIR-C/X-SAR干涉数据获取的DEM进行实验,得到了满意的相位解缠结果。     

基于相干点目标的多基线D-InSAR技术与地表形变监测

失相干（Decorrelation）与大气波动是影响重复轨差分干涉测量（D-InSAR）进行地表形变信息提取的主要因素。相干性降低使得干涉纹图在空间上表现为不连续,难以完成相位解缠。重复观测时大气波动引起的相位延迟在空间域上的不均一分布则降低了D-InSAR提取形变信息,特别是空间范围覆盖较大的形变场的精度。介绍了一种基于相干目标的多基线D-InSAR数据处理算法。该算法根据少量SAR数据构成多基线干涉纹图集,分别利用点目标检测算法和相干系数均值作为相干目标提取的测度;利用相位回归分析模型对干涉相位进行时间域迭代处理,从干涉相位中提取线性形变速率和DEM误差改正,通过迭代处理补偿高程误差,解算线性地表形变速率。该算法提高了D-InSAR形变监测的时间采样率,能准确获取每个观测时刻的形变累积量。以沧州地区2004—2005年的SAR数据为例,获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。     

一种基于扩展卡尔曼滤波的多基线相位噪声抑制及展开方法

针对传统多基线干涉合成孔径雷达存在系统高度模糊数与缠绕相位解缠可靠性之间不可兼顾的矛盾,该文提出一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的多基线SAR干涉相位展开方法。该方法利用全方位局部相位梯度联合估计技术直接从多幅复干涉图抽样谱中提取相位梯度信息,同时利用EKF强大的数据融合能力以信息融合的方式同时完成二维噪声抑制及相位展开,既有利于解决相位展开中的"坡度欠估计"问题,又避免了传统方法在相位展开之前须进行噪声滤波的不足。多基线模拟数据和单基线实测数据处理结果验证了方法的有效性。     

利用TanDEM-X影像和ICESat-2高程数据获取南极高精度数字高程模型

高精度DEM是南极科学研究的基础地理信息数据之一。德国空间局发布的TanDEM-X双站干涉影像对不仅分辨率高、覆盖范围大,而且具有零时间基线,不受时间去相关、大气变化及地面目标形变的影响。本文基于TanDEM-X双站干涉影像对和迭代差分InSAR技术获取南极高分辨率DEM;然后利用南极ICESat-2高程数据和最小二乘平差方法改正DEM产品的系统性偏移误差,提高DEM产品的绝对精度。真实数据试验结果表明,本文方法可获取分辨率优于5 m、绝对精度优于2 m的南极DEM。     

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。     

星载InSAR基线估计算法分析

根据干涉合成孔径雷达（InSAR）高程测量原理,基线是InSAR系统得以实现的前提,它的精度对地面高程的精度影响很大,因此如何确定基线受到人们的重视,提出了许多基线估计算法。本文首先给出了基线定义,然后介绍了各类基线估计算法的原理,最后比较了各类算法的优缺点。     

极化干涉SAR反演植被垂直结构剖面研究

植被的高度和垂直结构剖面都是森林生物量和森林碳循环模型中的关键输入参数,极化干涉SAR的出现使定量获取植被结构参数成为可能。首先,将改进的两次拟合法估计的植被高度作为进一步反演植被垂直结构剖面的先验知识;然后,通过勒让德多项式展开以及双基线极化干涉数据提取植被的垂直结构剖面;最后,利用仿真以及真实极化干涉SAR数据进行方法验证和结果定性分析。研究表明,利用不同极化状态下的干涉相干性变化提取植被结构参数是可行且有效的。     

基于S-RVoG模型的PolInSAR森林高度非线性复数最小二乘反演算法

针对经典的PolInSAR森林高度三阶段几何反演算法在单基线条件容易受到地体幅度比假设以及地形坡度影响的问题,从测量平差角度提出了基于S-RVoG模型的PolInSAR非线性复数最小二乘森林高度反演算法。该算法不再需要假设某一个极化通道地体幅度比为零,且采用考虑地形坡度影响的S-RVoG模型作为平差模型。为了验证算法,本文采用欧空局BioSAR2008项目提供的3景P波段极化干涉SAR数据进行两组单基线森林高度反演试验。结果表明,在单基线条件下,基于RVoG模型的非线性复数最小二乘算法反演结果优于三阶段几何反演算法,而基于S-RVoG模型的非线性复数最小二乘算法进一步提高反演精度,对于坡度较大区域（坡度>10°）,精度平均提高了18.48%。     

利用控制点三维信息标定机载双天线干涉SAR参数

采用基于敏感度方程的方法,研究基于三维重建模型下的机载双天线干涉SAR系统的干涉参数定标问题.干涉参数定标是生成高精度数字高程模型的关键.本文修正了Madsen提出的干涉SAR三维重建的视向量正交分解算法,采用电磁波波前的球面波模型,加入了载机的姿态旋转,构建一种新的干涉SAR三维重建模型.利用各干涉参数对控制点三维信息的不同的敏感性,提出分别利用地面控制点三维信息,对各干涉参数进行定标.并利用中国科学院电子学研究所自主设计、研制的机载干涉SAR系统数据,进行定标处理实验验证.