时序地基SAR子影像集监测地震滑坡灾害研究

将星载SAR时间序列技术引入到地基SAR影像处理中,研究时序地基SAR影像监测地震后滑坡灾害。鉴于地基SAR设备与星载SAR传感器多方面均存在较大差异,时序星载SAR技术实际上不能直接用于地基SAR影像序列的分析与处理。考虑地基SAR气象环境等因素的影响,选用子影像集的方法,详细分析了时序地基SAR平均子影像集的生成、相干点目标的选取、沉降模型的建立与解算等处理步骤。以云南鲁甸地震后红石岩滑坡作为研究对象,首先对GB-SAR影像数据依据各影像数据质量提取生成子影像集,然后利用多阈值相结合的方法提取相干点目标,最后对时序建模后的结果进行分析。研究表明时序地基SAR子影像集监测滑坡灾害是有效的。     

公用主影像干涉图加权叠加方法及其在地面沉降监测中的应用

提出一种新的顾及相干图质量权重的加权叠加方法,以相干图中相干点的数量成正比来定权,避免了相干性太低的影像参与等权计算。阐述了公用主影像干涉图加权叠加方法的基本原理和数据处理流程,在公用主影像优化选取、减弱大气延迟影响、提高信噪比的数学模型进行改进,降低了影像数要求,提高了监测精度。选择天津地区2003到2006年11景ENVISAT ASAR数据,通过模型优化选取14529影像为公用主影像,进行干涉图加权叠加方法的实例解算,获得比传统DInSAR和Stacking方法更优的监测结果,其精度与精密水准测量相当。     

改进小基线集技术的GB-InSAR铁路边坡监测

针对传统小基线集技术形变模型和高相干点识别存在的问题,该文利用基于三重指数串行的目标识别技术选取高相干点,同时提出一种不同于传统奇异值分解的时间序列分析算法。利用振幅离差指数、相干系数均值与强度值三重阈值串行的方案进行高相干点选取;通过阈值合理设定,不仅提高了监测结果的点位分布,也剔除了误选的点,保证了所选高相干点的质量;采用一种符合铁路边坡形变规律的线性模型作为约束条件,解决了时序分析过程中法方程秩亏的问题,并利用最小二乘反演得到了研究区域时间序列形变。实验表明,此方法提高了形变结果的精度和可靠性,证明了SBAS-InSAR技术在铁路边坡形变监测上具有良好的发展前景。     

地基SAR在滑坡形变监测中的应用

地基InSAR是近年发展起来的基于地基SAR (GB-SAR)获取地表形变的一种新的技术手段,分辨率高、可实时监测,实现毫米级形变监测精度,为近距离滑坡实时监测与预警提供了先进的技术手段。本文首先以澜沧江某滑坡体为研究对象,在滑坡体对岸设立固定站点,按固定频率进行GB-SAR数据采集;然后通过先后两景影像形成干涉对,利用相干阈值方法提取相干点目标;最后利用形变模型提取滑坡体形变结果。研究表明,地基SAR可获得整个滑体形变边界、形变大小空间分布及时间变化历程,对滑坡体灾害实时监测非常有效,可为滑坡灾害监测及预警提供参考。     

地表形变监测的改进相干目标法

如何从雷达干涉时间序列影像中获取更全面的相干目标集合,进行变形时间序列分析是当前研究的难点和热点。本文提出了改进的相干目标法,可获取更为全面且可信度高的相干目标集合,进而提高地表形变监测的时空分辨率和精度。根据雷达影像中同类型地物散射分布相近的特点,采用非参数同分布检验算法提取后向散射特性相近的同质点开展空间非局部滤波,提高干涉图的质量。与此同时,利用多尺度的极大似然条纹频率估计算法分离差分干涉图中的系统性相位,并基于同质点进行自适应相干性估计,获取相干性的平稳估计量,从而获取更多的相干点目标。利用20景TerraSAR-X条带模式时间序列影像,分别利用传统的及改进后的相干目标法对香港填海区域地表形变信息进行时序分析。对试验数据的分析结果表明,本文提出的改进方法在具有稀疏植被的填海区可有效增加相干目标点的提取,得到更为可信的沉降结果。     

基于SBAS-InSAR技术的大坝形变探测与监测

针对大坝安全运营的形变监测问题,研究基于多基线干涉合成孔径雷达（SBAS-InSAR）技术的大坝形变探测与监测方法。设置时间基线阈值,生成大坝差分干涉相位图;利用改进的戈尔茨坦滤波（Goldstein）算法,滤波处理大坝差分干涉相位图;采用最小不连续的区域增长解缠算法,相位解缠大坝差分干涉相位图;通过相干系数阈值法,在大坝相位解缠图内选取高相干点;建立大坝形变探测与监测的高程测量估计数学模型;通过奇异值分解法,求解数学模型,实现大坝探测与监测结果。实验证明：该方法可有效生成大坝差分干涉图,并去除大坝差分干涉图的内部噪声;可有效探测与监测大坝内各监测点的形变量。     

InSAR时间序列分析技术在西安地表形变监测的应用

差分干涉测量技术（D-InSAR）是近年发展起来的新型空间对地观测技术,具有全天候、全天时、大范围地表形变监测优点,但由于受到时空失相干和大气延迟的影响,形变监测精度受到了很大的制约。近年发展起来的InSAR时间序列分析技术,将多景SAR影像数据融合在一起,利用时间序列分析提取监测区域监测期内的时间序列形变信息,间接消除或削弱了时空失相干和大气延迟对形变结果的影响,具有良好的应用前景。本试验利用InSAR时间序列分析技术获取了西安市三环以内主城区2007年1月至2011年2月间的高精度地表形变成果。     

时序SAR幅相联合加权融合方法监测矿区形变

针对煤炭资源的井下高强度开采引起的地表形变问题,开展矿区地表形变的精细监测对于指导矿区生产建设和生态修复具有重要意义。提出一种基于时间序列SAR影像差分干涉信息相位叠加和首末两幅SAR影像强度信息Pixel-tracking技术获取大量级形变信息相结合的加权融合方法,对河北省峰峰矿区万年矿开采工作面进行精细监测,结合现场同期水准测量验证,相对于传统的时序差分相位叠加法和Pixel-tracking法,基于时序SAR影像的幅相联合加权融合方法能够明显地提升矿区形变监测的精度,其水准验证精度为0.051 m。     

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。     

混合三角网极化干涉SAR影像配准

以常用SAR影像三步配准法为基础,针对国产机载X波段极化干涉SAR影像的变形特点,提出了一种分块格网与三角网相结合的极化干涉SAR配准方法。首先,在影像分块的基础上利用最大-次大相干系数识别不可靠点;再用三角网限制配准误差传播;最后,进行配准模型系数求解。实验结果表明,所提出的改进方法相比于普通方法,提高了极化干涉SAR影像的配准精度,有效地改善了主辅影像的干涉质量,适用于新型国产机载极化干涉SAR数据的后处理。     

基于SBAS的采动区高速路沉降监测与分析

正本文采用SBAS技术提取采空区上方高速公路高相干点的时序沉降量,并利用试验证明了SBAS技术具有监测线状建筑的能力,对建筑物下采煤的安全监测具有重要意义。一、SBAS沉降监测基本原理2002年,Berardino和Lanari等提出小基线集(SBAS)方法,通过设定一定的时间、空间阈值自由组合干涉对,削弱时、空失相关的影响。SBAS在SAR影像数量一定的情况下,可以形成更多的干涉     

永久散射体差分干涉测量技术中SAR影像精配准的一种新方法

提出并实现了一种基于加权最小二乘的低相干SAR像对精配准新方法。该方法借助一幅与主、辅影像相干性都较高的第三幅影像来完成低相干SAR影像对的初步配准,利用加权最小二乘法求出二者间的坐标映射函数,从而快速高效地实现低相干SAR影像对的高精度亚像元级配准。采用ERS-1/2实际数据的配准实验,验证了该方法可以提高低相干SAR像对的干涉图质量,提高二者之间的相干性和控制点的配准精度,改善低相干SAR影像对的配准效果,在一定程度上解决了PS InSAR技术中低相干SAR影像对的配准问题。     

水田SAR后向散射强度及干涉相干特性研究

利用2007-2011年获取的ALOS PALSAR HH极化方式的FBS及FBD共21景数据, 结合实地1:500土地利用分类图, 对苏南无锡惠山试验区进行了水稻田后向散射强度的时间特性试验及干涉相干特性分析。试验结果表明:该区水稻田后向散射强度随生长周期的变化而变化, 且与各生长阶段的灌溉需水规律的变化一致, 需水量越大, 后向散射强度值越小。干涉相干特性试验表明:同期干涉相干系数略高于非同期干涉相干系数, 且在同期干涉试验中, 时间基线相同的情况下, 非水稻种植期的干涉相干系数达到最高, 其值明显高于水稻种植期的相干系数, 该试验结果对苏南地表沉降监测SAR影像干涉对的选取及地物变化检测具有重要的参考价值。     

一种监测东营油田地表形变的方法

针对传统永久散射方法和相干目标法干涉图相位解缠的不足,该文提出了一种改进的多主影像相干目标小基线干涉方法。采用融合永久散射方法和相干目标法的优点,较好地平衡了失相干因素的去相干性与干涉目标点之间的矛盾,利用较小的数据集实现地表形变反演;基于14景COSMO-SKYMED雷达影像,采用多主影像相干目标小基线干涉方法提取地表形变信息。基于水准数据验证后的实验结果表明:所提方法不仅可以准确快速地监测出地表沉降区,而且监测精度较高,研究结果可以应用于城市形变监测、地震、滑坡等领域。     

高相干点地基InSAR的大气延迟纠正

针对目前地基合成孔径雷达干涉测量技术中大气影响造成的相位延迟校正方法存在的校正精度低、方法复杂、技术要求高等不足,提出了一种基于高相干点的地基InSAR大气延迟相位函数模型校正方案。该方案不需多幅SAR影像,不需人工布点,节省了大量人力物力。以高相干点的相干值作为权阵参与计算,该方法可得到更精确的校正结果。运用该方法将地基雷达对山西省吕梁市林家坪工程滑坡获取的数据进行大气延迟改正的实验。结果表明:所提方案不仅处理方法简单,改正效果明显,而且能满足绝大多数类似工程的精度要求,更为经济实用。     

复杂环境下地基SAR粗差探测及应用

雷达视线受施工机械等的间断遮挡导致部分影像产生相位奇异值，从而造成解缠错误及误差传递，简单的相关影像处理难以识别受遮挡影像。本文提出了改进的基于小波变换的信号奇异性检测方法，通过对地基SAR PS点时序相位特征进行分析，将遮挡影像识别转化为粗差探测问题；由PS点相位序列与影像位置关系，根据测区PS点相位序列的奇异点集合得到受遮挡影像集；最后将受遮挡影像剔除后得到的地基SAR监测结果与精密全站仪、水准与游标卡尺数据进行对比分析。结果表明：本文提出的方法用于受遮挡影像的识别是可行的，解决了地基SAR在实际工程应用中可能存在的影像遮挡带来的测量数据含有粗差的问题，提高了监测区域伪影像检测的效率与准确性。     

联合非局部均值与小波域维纳滤波的去噪方法

针对传统小波阈值与维纳滤波方法对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像去噪后效果不太理想的情况下,提出了一种基于非局部均值与小波域维纳滤波联合的SAR影像相干斑抑制方法。首先,对SAR影像进行小波分解,将影像及噪声引入到小波域中;然后,对分解出的低频部分进行非局部均值处理,高频部分进行维纳滤波;最后,对处理后的低频和高频部分进行小波重构,得到去噪后的影像。实验结果表明,所提的去噪方法不仅能够有效去除相干斑噪声,而且较好地保持了图像的纹理结构等信息。与传统的小波阈值与维纳去噪方法相比,在等效视(ENL)数、峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)指标上有明显改善。     

极化干涉SAR相干最优理论及其验证分析

极化干涉SAR树高反演是当前SAR研究领域的一个重要方向。相干最优化是在各种散射机制中寻求最优的散射机制,对于极化干涉SAR,它不仅可以改善不同极化通道之间的相干系数,还能改善地物分类和垂直结构参数估计。首先详细分析极化干涉SAR反演树高的相干最优化理论基础,然后利用仿真数据从不同极化通道对线极化、Pauli基极化和最优极化进行了试验,从定性和定量进行对比分析,研究结果进一步验证相干最优分解方法可以提高干涉相干系数,并获得更好的干涉图,从而有利于提高树高反演的精度。     

滤波参数对Goldstein干涉相位图滤波性能的影响分析

经典的Goldstein In SAR干涉图滤波算法选取滤波参数时存在较大的主观性。以经验值作为滤波参数的Goldstein滤波算法为基础,基于相干系数、相位标准偏差、伪相干系数、伪信噪比和结构相似性来获得滤波参数的Goldstein自适应滤波方法,采用32像素×32像素的滤波窗口对模拟和真实干涉相位图分别进行单次滤波实验,对滤波结果进行详细评价和对比分析。研究结果表明,基于这6种滤波参数均能在一定程度上抑制噪声,使干涉条纹趋势更加清晰,提升了干涉图的质量。其中,基于相位标准偏差的滤波不仅能够抑制噪声,并且较好地保持干涉图的细节和边缘信息;基于结构相似性和伪信噪比的滤波效果相对较弱;基于经验值、相干系数和伪相干系数的滤波效果相对欠佳。     

结合SIFT和RANSAC算法的InSAR影像配准

配准是合成孔径雷达干涉测量(InSAR)得到干涉图前的关键步骤。本文提出了基于SIFT和RANSAC的InSAR影像配准。尺度不变特征变换(SIFT)和随机采样一致性(RANSAC)相结合,得到特征稳定、匹配点对可靠的InSAR影像配准。利用PALSAR数据及TerraSAR-X数据,进行不同分辨率、不同波段的SAR影像配准试验,结合生成的干涉图条纹的清晰程度,评价其精度。并与目前主流的交叉互相关方法得到的相干系数进行了对比,证明了该方法在InSAR影像配准应用中是一种简单、有效的方法。