基于PolInSAR三分量分解的建筑物高度向信息提取方法

传统的基于InSAR提取建筑物高程的方法难以区分同一分辨单元内不同散射体的高度信息.文中提出一种基于PolInSAR Freeman三分量分解的城市建筑物高度向信息提取方法,可有效获取同一分辨单元内不同散射体的散射中心.首先对极化干涉互协方差矩阵进行Freeman三分量分解,分离不同散射机制对应的相位中心,然后根据相位信息重建建筑物三维模型.利用覆盖美国加州Richmond地区的两景高分辨率TerraSAR-X极化SAR数据进行实验,结果表明,PolInSAR三分量分解能够分离同一散射单元内不同散射体的相位中心,从而有效提取出建筑物高度向信息及其三维模型.     

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。     

引入PD极化相干最优的三阶段植被高度反演算法

经典三阶段植被高度反演算法中地表相位和植被冠层相位估计不准确直接影响反演精度,特别是在植被稀疏区域,植被反演效果较差甚至出现反演失败现象。针对这一问题,本文将PD极化干涉相干优化方法引入三阶段植被高度反演中,提出了一种改进的植被高度反演算法。该方法利用PD极化干涉相干优化方法能最大限度分离相位中心的特性能够获得更准确的地表相位和植被冠层相位,从而提高植被高度反演的精度和稳定性。最后,利用ESA BioSAR项目数据进行试验,结果表明该算法相比经典三阶段算法稳定性更高,反演的地表相位、植被冠层相位和植被高度结果更加可靠。     

植被高度的极化干涉互协方差矩阵分解反演法

经典三阶段极化干涉SAR植被高反演算法中地面散射相位估计不准确,从而导致植被高反演精度存在偏差。针对这一关键问题,本文提出基于极化干涉互协方差矩阵分解的植被高度反演新方法。该方法利用Freeman分解理论和极化干涉互协方差矩阵,估计出更准确的地面散射相位;然后,结合RVOG模型反演植被高度。利用欧空局（ESA）的软件PolSARpro模拟的L波段极化SAR数据和亚马逊森林地区的ALOS PALSAR L波段数据进行实验,结果表明本文提出的新算法提取的植被高度相比经典三阶段法精度更高,从而验证了算法的有效性和可靠性。     

极化方位角补偿信息支持下的植被参数反演

SAR图像中散射目标的散射矩阵受极化方位角(POA)的影响会改变散射体的散射特性,散射矩阵是极化干涉SAR (PolInSAR)估计不同极化状态下复相干性的基础。本文根据极化方位角产生机制,建立了多视情况下基于极化方位角补偿的极化干涉相干性估计模型,分析了极化方位角补偿对相干性估计方法和不同散射机制下相干性估计的影响程度,研究了基于三阶段法与极化方位角补偿的植被参数反演。利用L波段SIRC全极化SAR图像为实验数据验证极化方位角补偿对极化干涉相干性估计和植被参数反演的可行性。实验结果表明,极化方位角补偿能够改变不同极化状态相干性分布规律,提高相干直线拟合精度,改善植被参数反演的可靠性和合理性。     

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。     

基于散射机制分解的ESPRIT植被高度反演新方法

ERPRIT算法估计的地表散射相位由于易受到森林去极化成分的影响而出现较大的偏差,从而导致植被高度反演结果严重偏低.针对这一问题,本文提出一种基于散射机制分解的ESPRIT植被高度反演算法.该算法关键点是利用Freeman分解理论和极化干涉互协方差矩阵估计得到更加准确的地表散射相位,以替代ESPRIT算法估计的地表散射相位,进而改善植被高度反演的精度.最后,分别利用欧空局（ESA）免费发布的PolSARpro软件模拟L波段极化干涉合成孔径雷达数据和PALSAR真实星载数据验证改进算法的有效性.     

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。     

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。     

全极化干涉SAR反演树高的几种算法研究

极化干涉SAR因其有对植被散射体的空间分布和高度分布的敏感性,同时具有对植被散射体的形状和方向的敏感性,近年来成为反演树高的研究热门。目前,反演树高常用的算法包括相位与幅度联合反演法、六维非线性迭代法以及三阶段算法。本文通过德国空间局(DLR)提供的boi SAR2008P波段的数据,分别对这些算法进行了树高反演实验,结果表明:三阶段算法和六维非线性迭代法反演结果明显优于相位与幅度联合反演法;六维非线性迭代法结果优于三阶段算法,但计算量巨大且依赖于初始值。     

基于功率和相位联合估计TLS-ESPRIT算法的极化干涉SAR数据分析

在推导各散射信号功率计算方法的基础上,提出基于功率和干涉相位联合估计的TLS-ESPRIT方法。因为干涉图像中的各主散射波和干涉相位能被分别估计,所以该算法可以利用同一分辨单元中不同散射机制后向散射信号功率的不同,将干涉相位分类实现散射中心分离。该方法通过提取两个占优势的相位得到两个高度,从而分别检测出森林的植被层和地表,特别是当散射波不相关并有不同的极化特性时,该方法有较好的性能,从而提高植被高度参数的估计精度。详细阐述该方法的原理和实施步骤,并通过对SIR-C/X-SAR的L波段实际数据进行分析处理,验证算法的有效性。     

极化干涉SAR森林树高提取算法的对比分析

在对极化干涉SAR森林树高反演的DEM差值算法、相干相位-幅度综合反演算法进行分析的基础上,对基于极化干涉相干优化方法的改进算法进行了探讨。利用黑龙江大兴安岭地区的一对ALOS全极化干涉SAR数据进行实验,并对比分析各算法的反演结果。结果表明,在使用改进的算法进行森林树高反演时可以获取精度较高的反演结果,并且在一定程度上提高了森林树高反演的稳定性,为森林树高反演工作的业务化运行提供一定的依据。     

联合干涉相位和相干性幅度的极化干涉SAR最优相干性估计

极化干涉SAR(PolInSAR)估计的复相干性包含相干性幅度和干涉相位,相干性幅度高低可以衡量干涉相位的质量,干涉相位是散射目标相位中心位置的重要体现,相干性幅度和干涉相位估计精度决定植被参数反演精度。由不同极化状态构成的相干区域中,相干性幅度差最大和干涉相位差最大的估计准则都从复相干性的某一方面建立最优估计函数,不能有效利用相干性幅度和相位信息。本文以相干区域边界为基础,结合相干性幅度和干涉相位信息,利用关联度建立联合干涉相位和相干性幅度的最优相干性估计准则,并在相干区域范围内获取最优散射机制及其相干性。试验结果表明,联合干涉相位和相干性幅度的最优估计准则可以有效区分地表散射和森林冠层散射的相干性和散射中心,提高植被高反演的可靠性。     

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。     

利用矩阵值域的极化干涉SAR相干性的研究

极化SAR干涉测量 (PolInSAR)的相干性是反演植被参数的重要信息来源,极化空间中不同极化状态对应的相干性分布与复极化相干矩阵的值域相关。本文讨论了不同结构的复极化相干矩阵值域的特点,分析了不同极化状态下干涉相干性与复极化相干矩阵的值域的关系。利用模拟数据和真实全极化SAR数据分析了滑动窗口大小和不同散射体对复极化干涉矩阵值域的影响,以及复极化干涉矩阵的结构对极化干涉SAR相干性分布空间的影响,有助于更加准确地获取极化干涉SAR最优极化基和估计最优相干性。     

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。     

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。     

顾及地形因素的S-RVOG模型和PD相干最优算法联合反演植被高度

针对极化干涉SAR植被高度反演中RVOG模型未考虑地形影响,且三阶段算法受到地面相位估计误差和纯体相干性估计误差影响,提出了一种植被高度反演思路,采用考虑地形因素的S-RVOG模型作为反演模型校正地形影响,同时引入PD相干最优算法用于改善三阶段算法中直线拟合地表相位估计和纯体相干性估计精度。为验证算法的有效性,首先采用欧空局提供的PolSARpro软件模拟了不同地形坡度水平的PolInSAR数据进行仿真试验,然后采用德国宇航局提供的E-SAR机载全极化SAR数据进行真实植被场景测试,并进行了定性和定量分析。结果表明,本文方法对于不同坡度水平数据,均能有效改善传统RVOG反演模型中地形影响和三阶段算法自身误差影响,反演精度更高。     

基线网信息存储的地表线性变形速率探测

针对传统基线网络构建方法易出现长距离基线边和低质量永久散射体点,且基线边信息存储过程中不易检测出重复边的问题,该文对永久散射体干涉测量技术中整体基线网络布设及基线边信息存储算法开展研究。采用附有距离限制原则的Delaunay三角形布设方法,可有效剔除长距离基线边和低质量永久散射体点;利用邻接矩阵模型算法进行基线边信息存储,可实现重复边的检测,进而提高运算效率。利用河南地区PALSAR影像中提取出的永久散射体点及预先安装布设的角反射器点进行整体基线网络布设及信息存储试验,结果表明获取的地表线性速率精度达到2mm/a,可为永久散射体干涉测量变形监测中差分函数相位模型的建立提供必要前提,为研究区域时间序列变形结果的反演提供有利保证。     

双极化Sentinel-1数据极化时序InSAR技术地表形变监测——以上海市浦东机场为例EI北大核心CSCD

不同极化的合成孔径雷达SAR (Synthetic Aperture Radar)数据对地物具有不同响应,利用极化信息可提升InSAR的地表形变监测能力。针对利用免费Sentinel-1数据的双极化信息进行地表形变监测这一问题,本文提出了一种基于双极化Sentinel-1数据的自适应极化时序InSAR技术方法 PolPSI (Polarimetric Persistent Scatterer Interferometry)。该方法针对研究区永久散射体PS (Persistent Scatterer)与分布式散射体DS (Distributed Scatterer)的不同特点,基于不同优化准则分别进行自适应极化优化,得到极化优化干涉图并进行地表形变监测。为了证明方法的有效性,以上海市浦东国际机场为研究区,基于34景双极化(VV-VH) Sentinel-1影像进行了实验。结果表明,所提出方法在降低干涉图相位噪声、提升干涉质量的同时较好地保持了地物边缘细节,相较于常规的时序PS与DS技术,提出PolPSI技术获取的变形监测点密度分别提高了103.0%和30.8%,更加详细地反演了机场区域变形状况。综上所述,本文提出的基于双极化Sentinel-1数据PolPSI方法通过对极化信息的利用与挖掘,可一定程度上提高Sentinel-1数据在地表形变监测应用中的能力。