合成孔径雷达干涉测量(InSAR)关键技术研究

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是近二十年来迅速发展起来的空间对地观测新技术。简述InSAR干涉处理过程的基础上,重点介绍并分析了其关键技术SAR图像配准和相位解缠的常用算法,并对由ERS1/2得到的两幅复杂SAR图像为实验对象,综合使用图像配准和相位解缠的经典算法对SAR图像配准生成干涉图,对干涉图相位解缠。最后简要介绍国内外InSAR技术发展方面的现状及发展趋势。     

基于Matlab的InSAR条纹图典型滤波算法研究与对比

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是测绘地理信息领域快速发展的一项大地测量技术,也是卫星应用领域广泛应用的一项空间对地观测技术。本文着重对InSAR中相位噪声滤波的几种典型算法进行研究与对比,为不同滤波场景下的算法选择提供一定的参考。     

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.     

InSAR影像干涉相关性的遥感应用研究

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是雷达微波遥感技术的一个新研究领域.以往InSAR遥感应用研究主要集中在通过利用雷达回波信号所携带的相位信息来获取地表高程信息方面.随着InSAR研究的不断深入,干涉相位相关性中所包含的丰富信息越来越受到人们的重视,其应用领域也在不断扩大.本文所提出的基于合成孔径雷达影像干涉相位相关性信息的SAR彩色图像合成方法就是在这一新兴领域上的一个研究尝试.它能将不同类型的地物以不同的颜色直观地显示在图像上,弥补了SAR图像在遥感应用上的不足.该方法非常适合林业资源监测等方面的遥感应用研究.     

基于高分三号数据的干涉测量研究

合成孔径雷达技术与传统测量技术相比,实现全天时、全天候对地观测,并监测地面的形变信息。2012年前,INSAR研究和应用团队仍然停留在依赖于国外数据的窘迫现状。随着资源三号、环境一号卫星的发射,作为光学卫星为我国测绘事业提供不少便利,但是国内并没有一颗真正意义的SAR卫星。2016年,高分三号作为首颗SAR卫星解决国内SAR卫星数据短缺的问题,研究高分三号卫星的InSAR能力,同时将高分三号卫星应用范围得以拓展。本文对高分三号河南省登封市周围地区进行实验分析,并与InSAR技术成熟的哨兵一号卫星数据进行对比分析,得出结论:①合成孔径雷达采集时间间隔29 d或者29 d的倍数并且雷达入射角相同的高分三号数据可以用于InSAR试验,通过合成孔径雷达干涉测量技术对地表进行形变监测,验证高分三号的干涉测量能力;②通过高分三号数据进行山区形变监测,利用哨兵一号数据对测区进行对比分析,验证高分三号提取地表形变信息的能力。     

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。     

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)研究的探索与实践

首先简要回顾了合成孔径雷达(SAR)干涉测量(InSAR)的发展历程, 接着对作者所在团队十余年来在该领域所开展的研究探索作了简要介绍, 并介绍了InSAR 技术在地面高程信息获取、地震、地质灾害等方面的实际应用。最后, 文章对InSAR 技术和应用的未来发展进行了展望。     

基于时间序列InSAR分析的西部山区滑坡灾害隐患早期识别——以四川丹巴为例

滑坡是仅次于地震、发生最频繁、造成损失最严重的一种地质灾害,中国西部山区则是世界上滑坡灾害分布最密集的地区之一。广域范围内滑坡灾害隐患的早期识别是地质灾害防治工作中的一项关键任务,基于星载合成孔径雷达重复轨道观测的时间序列雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术在此领域具有巨大的应用潜力,但以永久散射体干涉测量为代表的传统时序InSAR方法在西部山区应用中往往受到植被覆盖等不利因素的影响,滑坡探测识别的可靠性较差。针对这一问题,以大渡河上游丹巴县为例,采用自主研发的相干散射体时序InSAR（coherent scatterer InSAR,CSI）方法,从历史存档的ALOS PALSAR和ENVISAT ASAR数据集中成功识别出了17处持续变形中的不稳定坡体,通过与外部观测数据比对和实地调查核实等手段验证了CSI方法探测结果的有效性和优势,并探讨了影响时序InSAR方法滑坡监测应用效果的主要因素及未来的优先研究方向。     

采空区变形监测技术的研究进展

概述了地表形变监测的技术手段,对利用全站仪、水准仪的常规大地测量方法、三维激光扫描测量技术、静态/动态GPS测量技术、合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)以及由其发展的永久散射体干涉测量技术(PSInSAR)的优缺点、应用现状、存在的问题进行总结,同时分析了GPS技术与D-InSAR技术相融合的基本原理和必要性,根据当前存在的问题提出了将PSInSAR技术应用于采空区监测的可行性与优势并指出应用PSInSAR技术需要进一步研究的方向。     

卫星编队InSAR系统分辨率设计

依据脉冲信号压缩技术,从SAR成像理论出发,在介绍了SAR分辨率定义的基础上,分析了影响基于卫星编队InSAR系统分辨率的原因是存在距离向和方位向基线.在成像处理时,为了确保干涉相位精度,需进行去相关预滤波处理,由此引起系统成像带宽变窄,分辨率下降.依据影响分辨率的原因,提出了基于卫星编队InSAR系统分辨率设计思想,...     

宽幅InSAR大地测量学与大尺度形变监测方法

随着人们对大尺度地形信息与地表环境变化监测需求的提升,以及哨兵1号（Sentinel-1A）、大地2号（ALOS-2）等合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）卫星的宽幅模式数据不断获取,宽幅雷达干涉测量（SAR interferometry,InSAR）技术已成为大尺度地形测绘、地球动力学（地震、火山、滑坡等）与人工地物结构健康监测等领域的研究热点。分析了两类宽幅SAR数据,即扫描（ScanningSAR,ScanSAR）模式与逐行扫描地形观测（terrain observation by progressive scans SAR,TOPSAR）模式开展干涉测量的主要限制条件与解决方法,探讨了宽幅InSAR形变监测关键误差估计与改正方法、时间序列分析技术与方位向位移观测技术,并给出2008年矩震级Mw 7.1新疆于田地震同震、震后形变监测应用。随着宽幅SAR数据的不断积累,宽幅InSAR大地测量学有望得到深入发展与应用。     

InSAR变形监测方法与研究进展

变形监测是星载InSAR技术应用最为成熟的领域之一。本文首先介绍了InSAR变形监测的基本原理和卫星数据来源;然后对InSAR变形监测方法进行了系统性的分类,分析了D-InSAR、PSInSAR、SBAS-InSAR、DS-InSAR和MAI等方法的技术特点和适用范围;进而从应用的角度分析了InSAR技术在城市、矿山、地震、火山、基础设施、冰川、冻土和滑坡等领域的研究现状和不足之处;最后总结出InSAR变形监测在多维形变和低相干区测量、大气和轨道误差去除和精度评定等方面的前沿问题。     

星载InSAR在地形测绘中的误差来源分析

合成孔径雷达干涉（InSAR）技术是最有效的测图手段之一,然而InSAR地形测绘过程中极易受到各类误差的影响。本文探讨了国产SAR卫星无法业务化干涉的主要原因,并从卫星的干涉几何出发,研究了InSAR在地形测绘中的误差来源,研究表明,主星定轨误差、斜距测量误差、基线测量误差以及相位误差是地形测绘中的一级误差源。最终对一级误差带来的高程误差进行了定量分析,并对部分一级误差进行了分解,定位了二级误差源。     

监测城市基础设施健康的星载MT-InSAR方法介绍

星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是近年来迅猛发展的一种空间对地观测技术,在InSAR基础上提出的多时相InSAR(MT-InSAR)方法,利用同一地区的多景SAR影像对时序稳定点(PS)进行精确分析,极大地降低了大气延迟等带来的测量误差,使得形变监测精度达到了厘米级到毫米级,可对城市基础设施进行大范围高精度的连续监测。本文通过对MT-InSAR技术发展的综述,总结了目前MT-InSAR技术在基础设施健康监测方面的关键问题和应用领域,并对未来MT-InSAR在城市应用方面的发展提出了展望。     

卫星雷达遥感在滑坡灾害探测和监测中的应用:挑战与对策

将卫星雷达遥感应用于滑坡灾害的探测与监测，不仅可以从空间尺度上大范围捕捉到滑坡信号，而且可以从时间尺度上以较长周期追踪滑坡的运动状态。但是，卫星雷达遥感本身的局限性和滑坡所处的复杂地形环境使这一应用面临一些挑战。对卫星雷达遥感技术的4个主要挑战进行了总结与分析，同时给出了相应的解决方案:①通过提高卫星雷达影像的空间、时间分辨率，使用较长波段雷达信号或采用增强型时间序列分析技术，可降低密集植被覆盖对相干性的影响。另外，采用像素点偏移量追踪或距离向分频干涉测量方法，可克服传统干涉测量中大梯度形变引起的相位失相干。②大气延迟对卫星遥感的影响较大，尤其是地处山区的滑坡探测和监测，利用通用型卫星雷达大气改正系统可显著减弱干涉影像的大气信号并进一步简化时间序列分析，提高缓慢运动滑坡的探测和监测质量。③对于中等分辨率的雷达影像而言，利用数字高程模型可提前量化分析雷达几何畸变（如叠掩、阴影等）引发的滑坡探测监测的适用性；而对于高分辨率的雷达影像而言，利用机器学习方法无需外部高分辨率数字高程模型即可精确识别雷达影像的阴影和叠掩区并进行掩膜，从而大幅度提高数据处理效率。④针对高坡度地区残余的地形相位引起的解缠误差，可通过基线线性组合的方法予以减弱。此外，提出了一个基于多源对地观测的滑坡探测/监测系统框架，综合卫星雷达遥感与其他对地观测数据（如地基雷达、激光雷达、全球导航定位系统），搭建了一个自动化滑坡探测与监测系统。该研究旨在阐明卫星雷达遥感的优缺点，进一步深化其在滑坡灾害监测方面的应用和推广，引出未来侧重发展方向的思考与探讨。     

Application of the RPC model for spaceborne SAR image geometric processing

An increasing number of low, medium, and high resolution SAR satellites creates a demand for a generalized sensor model to replace the rigorous sensor model (RSM). The rational polynomial coefficient (RPC) model is a generic sensor model which accurately fits the object-image geometry for various sensor systems with different coefficient values. It has been widely used as an alternative to RSM for photogrammetric processing of optical images, but its applications to SAR images are rarely discussed in publications. In this paper, the feasibility and practicability of the RPC model for SAR images are studied. The RPC model can not only be used to replace the RSM (range–Doppler model for SAR), but also applied to the processing chain for SAR data, thus facilitating the processing of SAR and InSAR data for end users.     

Satellite radar interferometry for monitoring subsidence induced by longwall mining activity using Radarsat-2, Sentinel-1 and ALOS-2 data

This paper describes the simulation and real data analysis results from the recently launched SAR satellites, ALOS-2, Sentinel-1 and Radarsat-2 for the purpose of monitoring subsidence induced by longwall mining activity using satellite synthetic aperture radar interferometry (InSAR). Because of the enhancement of orbit control (pairs with shorter perpendicular baseline) from the new satellite SAR systems, the mine subsidence detection is now mainly constrained by the phase discontinuities due to large deformation and temporal decorrelation noise.This paper investigates the performance of the three satellite missions with different imaging modes for mapping longwall mine subsidence. The results show that the three satellites perform better than their predecessors. The simulation results show that the Sentinel-1A/B constellation is capable of mapping rapid mine subsidence, especially the Sentinel-1A/B constellation with stripmap (SM) mode. Unfortunately, the Sentinel-1A/B SM data are not available in most cases and hence real data analysis cannot be conducted in this study. Despite the Sentinel-1A/B SM data, the simulation and real data analysis suggest that ALOS-2 is best suited for mapping mine subsidence amongst the three missions. Although not investigated in this study, the X-band satellites TerraSAR-X and COSMO-SkyMed with short temporal baseline and high spatial resolution can be comparable with the performance of the Radarsat-2 and Sentinel-1 C-band data over the dry surface with sparse vegetation.The potential of the recently launched satellites (e.g. ALOS-2 and Sentinel-1A/B) for mapping longwall mine subsidence is expected to be better than the results of this study, if the data acquired from the ideal acquisition modes are available.     

Improved topographic mapping through high-resolution SAR interferometry with atmospheric effect removal

The application of SAR interferometry (InSAR) in topographic mapping is usually limited by geometric/temporal decorrelations and atmospheric effect, particularly in repeat-pass mode. In this paper, to improve the accuracy of topographic mapping with high-resolution InSAR, a new approach to estimate and remove atmospheric effect has been developed. Under the assumptions that there was no ground deformation within a short temporal period and insignificant ionosphere interference on high-frequency radar signals, e.g. X-bands, the approach was focused on the removal of two types of atmospheric effects, namely tropospheric stratification and turbulence. Using an available digital elevation model (DEM) of moderate spatial resolution, e.g. Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) DEM, a differential interferogram was firstly produced from the high-resolution InSAR data pair. A linear regression model between phase signal and auxiliary elevation was established to estimate the stratified atmospheric effect from the differential interferogram. Afterwards, a combination of a low-pass and an adaptive filter was employed to separate the turbulent atmospheric effect. After the removal of both types of atmospheric effects in the high-resolution interferogram, the interferometric phase information incorporating local topographic details was obtained and further processed to produce a high-resolution DEM. The feasibility and effectiveness of this approach was validated by an experiment with a tandem-mode X-band COSMO-SkyMed InSAR data pair covering a mountainous area in Northwestern China. By using a standard Chinese national DEM of scale 1:50,000 as the reference, we evaluated the vertical accuracy of InSAR DEM with and without atmospheric effects correction, which shows that after atmospheric signal correction the root-mean-squared error (RMSE) has decreased from 13.6 m to 5.7 m. Overall, from this study a significant improvement to derive topographic maps with high accuracy has been achieved by using the proposed approach.     

基于参考DEM的机载InSAR定标方法

研究无人工靶标的干涉定标方法对促进机载InSAR技术在山区等复杂地形的测绘、制图等定量应用有重要的实用价值。本文提出一种新的基于参考DEM的干涉定标方法,在InSAR定标中用已知高程精度的参考DEM与待定标的InSAR系统生成的DEM进行比较,利用参考DEM模拟SAR图像,获得大量定标所需的控制点坐标来建立敏感度矩阵,并对敏感度方程的解算进行了改进,同时将干涉处理与定标过程相结合,改进了干涉处理过程,最后得到定标后的干涉参数并生成DEM,利用机载数据进行了实验验证,并分析了无人工靶标干涉定标实验结果的误差。     

SAR干涉图降噪的稳健协方差矩阵分解法

干涉图降噪在InSAR技术应用中发挥着重要作用,若降噪效果不好将引起干涉图相位解缠的误差,并进一步导致DEM或形变结果的错误。由于干涉图分辨单元的信号(相位)是由分辨单元内多个散射体的回波信号(相位)叠加而成,本文针对单一主导散射体的散射模型(永久性散射体模型)和只考虑一种散射机制的分布式散射体模型相位的特点,对多基线SAR数据估计的协方差矩阵采用特征值分解的方法来分离相位中的噪声,通过提取最大特征值对应的特征向量(相位),从而实现干涉图降噪的目的。而对于协方差矩阵估计时引入的异质点,本文采用了一种稳健的协方差矩阵估计方法。通过覆盖山西清徐地面沉降形变区的8景真实TerraSAR数据试验验证了该方法的有效性。结果表明该方法比改进的Goldstein滤波方法在相干性提高、有效目标点增加两方面均有显著提高,特别在低相干区域由于相干点的增加也获取了更多的形变监测信息。