基于DFT模型的大场景InSAR图像配准

图像配准是实现干涉合成孔径雷达(InSAR)高精度相位提取及地形高程反演的关键,大场景图像的高效高精度配准成为近年高分宽幅InSAR成像应用研究的难点问题之一。由于大场景图像中不同区域偏移量及变化规律差异较大,传统最大相干系数配准方法需多分块及插值处理,面临计算量大且配准精度低等问题。针对此问题,本文提出一种基于DFT模型的大场景InSAR高效高精度图像配准算法。该方法利用最小均方差准则构建InSAR复图像配准的DFT模型,采用四叉树自适应分块及矩阵相乘DFT快速重采样配准方法,实现大场景InSAR图像各子块区域的高效高精度亚像素配准。仿真和实测数据验证本文算法的有效性,结果表明该算法不仅可实现大场景InSAR复图像亚像素级配准,还具有较高的运算效率,其运算效率相对于传统FFT配准方法通常可提升3倍以上。     

九寨沟Ms7.0地震的同震形变场误差研究及断层滑动分布反演

北京时间2017年8月8日四川省九寨沟发生Ms7.0级地震。为了提高断层滑动分布反演的可靠性,本文利用升降轨InSAR数据联合反演断层滑动分布,再根据模拟形变值二次反演,对比反演结果来探讨升降轨形变场误差和确定断层滑动分布的结果。结果表明,九寨沟升轨同震形变场的质量较好,降轨形变场受余震、震后粘弹性松弛效应影响明显,利用模拟形变值二次反演确定的断层滑动分布可靠性更高。     

InSAR火山形变监测与参数反演研究进展

火山形变监测是星载合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术应用最为广泛的研究领域之一。近年来,在InSAR数据开源获取、数据处理技术快速发展和多学科交叉融合的背景下,国内外火山形变监测与火山源参数反演相关研究进入了新的阶段。对基于InSAR技术的火山形变监测和参数反演研究进行阶段性的梳理和总结。首先,介绍InSAR的基本原理以及主流多时相InSAR技术,分析其在火山监测过程中的主要误差源;其次,总结常用的火山地表形变参数反演解析模型和数值模型;然后,结合国内外火山研究案例,分析InSAR和火山地球物理模型在岩浆转移、喷发、脱气与热液作用等火山构造动力学机制研究中的具体应用;最后,介绍中国火山形变监测的发展现状,并探讨了InSAR火山形变监测的挑战和前沿方向。     

InSAR部分地学参数反演

自然因素或人类活动可使地球表层或内部应力发生变化,进而产生灾害事件。获取灾害事件与灾害过程的关键地学参数对于准确理解灾变过程、科学解释灾变机制、正确拟定应对策略具有重要意义。InSAR技术已广泛应用于自然因素或人类活动导致的灾害事件与灾变过程的参数反演。本文首先介绍了InSAR卫星的发展和地表形变监测的基本原理;然后分析了InSAR地学参数反演在地震、火山活动、地下水抽取、矿山开采、冻土冻融、冰川运动、地下流体迁移等各类潜在致灾事件中的研究现状;最后分析了InSAR地学参数反演存在的主要挑战和问题。     

顾及协方差函数的自适应四叉树InSAR数据压缩算法

利用InSAR数据进行形变机理反演时,由于InSAR数据点众多,且含有较多的误差乃至粗差点,严重制约了反演的效率和可靠性。为此,本文提出了顾及InSAR数据物理空间相关性来设立协方差函数,并依据协方差函数确定四叉树象限分解阈值和最大象限大小的自适应四叉树分解InSAR数据压缩算法。本算法能够在尽可能保留形变信号特征细节信息的同时,极大地降低InSAR数据量。本文以西安地区地面沉降InSAR结果为例进行了实验分析,验证了该算法的有效性,结果表明该方法能够在不损失形变信号特征的同时,有效的实现InSAR数据压缩和噪声消除的目的。     

基于曲面断层结构的2007年所罗门群岛地震同震滑动分布反演

2007年4月1日,南太平洋岛国所罗门群岛的俯冲带地区发生了Mw 8.1级地震.利用日本宇宙航空研究开发机构(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA)的ALOS/PALSAR卫星雷达影像数据,采用二通差分干涉技术获得了覆盖所罗门群岛地震震区的同震地表形变场,根据四叉树方法对原始观测数据进行降采样,利用弹性半空间三角形位错模型进行断层几何参数反演;并结合断层深度剖分图的特征,构建更为合理的上下两个不同倾角连接的断层面模型,通过提出的断层剖分技术确定了最佳同震滑动分布模型.为了测试断层倾角的最佳估计,对不同断层倾角进行测试,对比合成孔径雷达干涉测量(interferometic synthetic aperture radar,InSAR)技术获取的同震观测数据和不同模型预测的InSAR干涉图,发现上下断层面倾角分别为10°和23°的模型更为合理.据此模型得到该断层同震滑动分布主要发生在距地表40 km深度范围内;最大同震滑移量为5.227 m,深度为2 km.     

基于ALOS/PALSAR轨道参数的干涉平地效应消除研究

平地相位是在合成孔径雷达干涉处理(InSAR)过程中,平坦地表所产生的线性变化相位,它的存在不仅增加了相位解缠的难度,而且它去除的干净程度将直接影响InSAR处理结果的精度,因此,去平地相位是InSAR处理中关键技术之一。在卫星精轨数据已知的情况下,平地相位可以精确地计算得到,但是对于ALOS/PALSAR数据产品而言,其提供的卫星状态采样点时间间隔达到60 s,平地相位计算成为利用PALSAR开展InSAR研究的难点,也构成了PALSAR InSAR推广应用的瓶颈。通过分析常用轨道参数估计方法的优缺点,分别利用埃尔米特等距插值法、三次样条插值法和最小二乘多项式拟合法对常州地区的ALOS/PALSAR数据进行了卫星轨道估计对比实验,并应用于平地相位消除。实验结果表明,埃尔米特等距插值法可以有效估计卫星状态矢量采样稀疏的加密精轨数据,实现平地相位地精确计算与去除。     

日本2011 Tohoku-Oki Mw 9.0级地震的同震形变及其滑动分布反演:GPS和InSAR约束

利用覆盖整个日本东北部的3个条带的Envisat/ASAR降轨数据和6个条带的ALOS/PALSAR升轨数据,通过二通差分干涉处理,首先得到了2011年日本Tohoku-Oki Mw 9.0级地震的初步同震形变干涉结果,然后,利用GPS同震观测值对InSAR结果进行校正和基准统一。在此基础上,采用弹性半空间矩形位错模型,联合GPS和InSAR观测结果对同震滑动分布进行反演,获取了发震断层的断层滑动分布。结果显示,此次地震的滑动分布主要发生在40～50km深度范围内,最大滑移量为50.3m,释放的能量为3.20×1022 N·m(相当于Mw 8.94级)。     

单基线TanDEM-X InSAR相干性反演森林高度EI北大核心CSCD

由RVoG模型演变的SINC函数模型运用到TanDEM-X InSAR数据反演森林高度时面临观测信息不足的问题,且无法适应不同的森林场景。本文针对这一问题,提出小范围LiDAR数据辅助下基于TanDEM-X InSAR相干性的森林高度反演方法,此方法无须全局高精度DEM产品提供地表相位信息而仅利用相干性即可获取森林高度信息。为验证此方法的可行性,采用西班牙境内两个典型试验区的TanDEM-X InSAR数据进行验证,并利用LiDAR树高数据进行精度评定。结果表明,单基线TanDEM-X InSAR相干性可用于反演森林高度,两个试验区的精度分别为2.34 m和1.74 m。     

MODIS水汽反演用于InSAR大气校正的理论研究

大气效应尤其是大气水汽的影响是InSAR干涉测量中主要的误差源和限制因素之一,因此高精度的InSAR应用迫切需要及时掌握大气水汽含量及其时空变化。本文深入分析了利用MODIS的水汽反演结果进行InSAR干涉测量大气校正的可行性,对MODIS近红外水汽反演结果与地基GPS水汽探测结果进行了比较和分析。同时根据GPS解算结果,利用实例讨论了基于地面气象参数的水汽延迟模拟的效果。     

抗差滤波和重要点提取相结合的压缩算法及应用

InSAR监测成果中含有大量的冗余信息,影响形变机理反演计算分析的效率,需要进行压缩处理。结合InSAR数据特点和后处理需求,提出了基于重要点提取的矢量压缩法,该方法原理简单,压缩效率高。顾及到InSAR成果含有各种误差,影响成果的可靠性和压缩效率,提出了将抗差滤波和重要点提取相结合进行InSAR监测成果的数据压缩。实例验证抗差滤波具有较好的抗差能力,提取的等值线光滑可靠;相比于重要点提取的直接压缩算法,基于抗差滤波的压缩算法具有更高的压缩比,能够更好地反映特征信息。     

大图像分块法在InSAR处理中的应用探讨

InSAR作为重要的测绘手段之一,它的处理涉及的数据量通常很大,大数据量与有限的计算机内存容量是干涉处理面临的主要矛盾之一.分块是解决这类问题的经典方法,但在InSAR处理中的应用具有一定的特殊性,主要是分块技术要与较为复杂的算法紧密结合.按照输入图像和输出图像的空间关联特性将图像处理算法分为3类:点相关、域相关和全局相关,并结合InSAR处理中不同步骤的算法特点,分析探讨大图像分块技术在InSAR处理中的应用问题.     

利用附加系统误差参数的升降轨InSAR-GPS数据融合方法建立三维形变场

针对合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）监测形变时高空间分辨率的优势以及GPS监测数据高精度、高时间分辨率的特点,对升、降轨InSAR与GPS数据融合获取高精度的三维形变场的方法展开研究。提出以高精度的GPS观测值为约束,对升、降轨InSAR观测方程分别添加一个跟点的位置有关的系统误差函数,以对InSAR数据中残留的系统误差进行修正,减弱或消除系统误差的影响。模拟数据和实测数据表明,该方法能够有效地补偿不同轨道InSAR数据与GPS数据间的系统误差影响,且计算简单;采用附加系统误差参数的升、降轨InSAR-GPS综合形变分析模型建立的三维形变场具有更高的精度。     

联合地震位错模型和InSAR数据构建2017年九寨沟Mw 6.5地震同震三维形变场

利用哨兵（Sentinel）-1A卫星升、降轨影像,在地震位错模型约束下获取了2017年九寨沟Mw 6.5地震的高质量三维形变场。首先,利用合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）提取九寨沟地震升、降轨同震形变场;然后,通过“两步法”反演获取该地震发震断层的几何参数和分布式滑动模型,以此为约束,采用方差分量估计算法联合解算九寨沟地震三维形变场。结果表明,九寨沟地震同震三维形变场以水平位移为主,垂向形变较弱;南北向形变呈拉张趋势,断层上盘向南、下盘向北滑动,最大位移分别为－19.81 cm和14.38 cm;东西向形变不对称性明显,断层上盘西北部向东水平运动,最大位移为18.37 cm,下盘东南部向西运动,最大位移不足8 cm。将南北、东西向形变与6个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）台站观测数据进行比较,两者一致性较好且均方根误差较小,分别为1.44 cm和1.77 cm,表明联合升、降轨InSAR观测和地震位错模型约束构建同震三维形变场方法具有较高可行性,显著降低了大地测量数据不足、InSAR观测对南北向形变不敏感等问题的影响。     

合成孔径雷达干涉(InSAR)测量技术应用及展望

合成孔径雷达干涉技术(InSAR)经过半个多世纪的发展,技术优势非常明显,得到了广泛的应用。本文从InSAR的发展历程开始,逐步介绍InSAR技术原理、InSAR数据处理流程、InSAR的应用领域。通过对InSAR数据处理的相关软件进行介绍、对比、分析;对制约InSAR发展的问题进行了分析;对北京市发展InSAR技术的有利条件进行分析,深入浅出的介绍了InSAR测量技术当前的应用范围、应用趋势和发展方向,对InSAR的发展提出自己的见解,为InSAR在测绘领域的深入发展提出了崭新的思路。     

短基线集InSAR形变模型的不适定问题解算方法研究

SBAS InSAR技术广泛应用于大尺度长时间序列的矿区、城市、地震等不同类型地表形变监测。但在利用该技术进行监测地表形变中发现,其形变模型的解算存在着病态和秩亏两类不适定问题,严重影响着形变信息反演的精度和可靠性。本文以SBAS InSAR技术为基础,针对其形变模型最小二乘解算中的病态问题,提出了基于Liu估计的有偏迭代估计法和Tikhonov正则化方法;针对秩亏时奇异值分解反演形变量和形变速率不稳定的问题,改进了Landweber迭代法,并将其应用到秩亏的SBAS InSAR形变模型解算中,反演出更准确的形变信息。     

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。     

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.     

特征变量选择结合SVM的耕地土壤Hg含量高光谱反演

为探讨应用高光谱数据反演耕地土壤重金属汞(Hg)含量,对原始光谱进行10 nm重采样和SG平滑处理,用不同光谱变换数据与土壤重金属Hg含量进行相关性分析,采用IRIV、Random Frog和PCC提取光谱特征波段,分别建立SVM与GWO-SVM土壤Hg含量高光谱反演模型,获取Hg含量最优反演路径.研究表明,一阶微分变...     

多视处理对时序InSAR技术的影响研究

高分辨率的SAR影像虽然可以细致刻画目标细节信息,但会大幅度增加运算量。为降低数据冗余、减轻运算负担,对基于多视处理的时序InSAR技术进行了研究。以天津市西郊地面沉降监测为例,利用2009年9月30日—2010年10月9日间获取的18景条带模式Terra SAR-X影像,以不同的倍数进行多视处理,然后分别采用时序InSAR技术筛选相干点目标,并反演地表沉降信息,研究了多视处理对形变反演精度、相干点目标的密度与分布等方面的影响。结果表明:同单视结果相比,3×3、5×5与10×10倍多视后仍可以反映形变的整体分布,但会在某些区域出现较大偏差;多视处理对形变精度、PS点空间分布的影响与地物属性有关。不同的多视倍数对形变精度的影响不同,并且与地物类型有关。