哨兵1号和高分三号SAR数据海浪谱反演精度评估

合成孔径雷达SAR (Synthetic Aperture Radar)是一种重要的海浪观测手段,研究其SAR图像海浪谱反演结果的精度,是其广泛应用于海浪观测的前提。欧洲航天局ESA (European Space Agency)的哨兵1号卫星(Sentinel-1)和中国自主研发的高分三号卫星(GF-3)是目前在轨运行的两颗SAR卫星,利用两颗卫星的SAR数据反演海浪和风场参数是目前国内外研究团队最为关注的问题之一。本文重点研究并对比了哨兵1号卫星SAR IW模式(Interferometric Wide swath)和GF-3卫星SAR条带模式数据海浪谱反演的精度。选取印度洋海上丝绸之路海域和太平洋、大西洋近岸海域不同海况下的两卫星SAR数据进行海浪参数反演,将反演结果分别与欧洲天气预报中心ECMWF(European Center for Medium-range Weather Forecasts)的ERA-5数据和浮标海浪数据进行了对比,结果显示,与ERA-5数据对比,Sentinel-1卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差RMSE(Root Mean Squared E...     

基于MRF随机场和广义混合模型的遥感图像分级聚类

有限混合模型FM的分级聚类已广泛应用于不同领域,然而,它的计算复杂度与观测数据的平方成正比,因此,在海量数据方面的应用就受到了限制。另一方面,多光谱图像数据中同时包含有空间和光谱两类信息,但大多数基于像素的多光谱图像聚类方法,仅使用了其频谱信息而忽视了空间信息。本文提出了一种新的基于广义有限混合模型GFM的分级聚类方法,该算法把MRF随机场和GFM模型结合在一起,分类数可以通过PLIC准则自动确定。算法在执行过程中,采用K均值聚类方式获得过分类图像,分级聚类从过分类图像开始,代替原来从单点类开始的方式,这样可以方便获取GFM模型成分密度的初始参数。最后,采用由Gibbs采样器生成的仿真测试图对算法的精度进行了定量评价,通过与K均值聚类和FM聚类的比较说明了本文算法的优越性,同时用荷兰Flevoland农业地区的极化SAR图像验证了本文算法的有效性。     

宽刈幅多光谱影像正射纠正技术研究

宽刈幅多光谱遥感数据已经成为重要的数据源。如何使用商业遥感图像处理软件快速完成宽刈幅多光谱影像的正射纠正,得到了广泛关注。以北京一号小卫星多光谱影像为例,探讨了宽刈幅遥感影像正射纠正的技术方法,同时对比试验了基于通用推扫式模型(Generic Pushbroom Model,GPM)和有理函数模型(Rational Function Model,RFM)下正射纠正产品几何精度的影响因素。     

基于几何特性和辐射特性的HJ-1C星SAR图像模拟

中国自主研制的环境减灾小卫星星座中的雷达卫星(HJ-1C),频率设计在S波段,采用VV极化方式,入射角范围是25°—47°。根据HJ-1C的轨道参数和雷达传感器的系统参数,利用高精度的DEM数据(30m),结合地物分类数据(20m),综合考虑几何模型和辐射模型,模拟了该雷达卫星上的SAR图像。HJ-1C星SAR图像的模拟,使在该卫星发射前,能对数据产品有一个初步的认识,并可在雷达系统的设计和验证、图像的解译和新算法的测试等多个方面得到应用。     

联合星载光学与SAR图像的城市大面积建筑物高度快速提取

星载高分辨率光学图像与SAR图像广泛应用于城市建筑物高度提取,但光学图像存在缺少相关卫星参数的情况,而SAR图像则存在散射特征不完整以及提取效率低等缺陷。针对以上问题,本文提出一种联合高分辨率星载光学与SAR图像的城市大面积建筑物高度快速提取方法。首先,结合支持向量机(SVM)和形态学阴影指数(MSI)快速提取光学图像中的阴影并自动测量阴影长度;之后选择多个合适样本,基于模型匹配法从SAR图像中提取高度;最后将高度与阴影长度作线性回归分析,建立数学模型来提取其他建筑物的高度。该方法将不同卫星系统的数据和特征相结合,互相弥补各自缺陷,不仅提高了效率、降低了成本,同时满足精度要求。     

基于COSMO-Skymed数据的城市建筑物层析 SAR成像算法对比

通过合成孔径雷达(SAR)图像中重建建筑物和其他城市目标的方法,因其不受太阳光照射的影响和全天候能力,在许多遥感应用中具有很大的实际意义。并且通过星载传感器获取的高分辨率(VHR)的SAR图像获取的也能够监测大面积从而显著降低检测成本。目前比较常用于层析SAR三维重建的SAR影像来源主要有德国的Terra-SAR卫星以及意大利的COSMO卫星。本文通过现有的41景北京地区的通过COSMO卫星获取的SAR影像数据对几种层析SAR算法进行对比分析,通过对几种成像算法得出的实验结果进行对比分析后,分析了压缩感知算法与其他几种算法相比的优势以及后续需要继续改进的方面。     

高分辨SAR-GEC影像严密成像几何模型及其应用研究

提出并构建SAR影像GEC(Geocoded Ellipsoid Corrected)产品严密成像几何模型,并在此基础上研究用RPC模型替代SAR影像GEC产品严密成像几何模型的町行性以及基于RPC模型的GEC产品的定向和纠正.最后用TerraSAR-X影像验证其理论和算法,得到如下结论:针对高分辨SAR影像GEC级别产晶的严密成像几何模型能用于SAR影像的定向以及正射纠正.     

基于有理函数模型的星载SAR影像几何校正

主要研究了面向星载合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)影像几何处理的有理函数模型RFM(Rational Function Model)的建模、求解和应用方法。首先采用与地形无关的方式,利用严密的距离-多普勒模型(Range Doppler,RD)构建虚拟控制点格网来进行RFM建模,实现了一种RFM模型参数的快速无偏解算新方法,能够取得相对于RD模型很高的拟合精度,在几何定位功能上实现了对RD模型的有效替代,同时大大提高了计算效率。然后在此基础上利用RFM模型实现了星载SAR影像的快速几何校正,为了提高几何校正结果的绝对定位精度,引入少量地面控制点对RFM模型进行了像方改正处理,以消除SAR影像几何定位的系统误差,并利用ENVISAT ASAR数据的实验结果验证了本文方法的有效性。     

基于Faster R-CNN的卫星SAR图像南海海洋内波自动检测

海洋内波广泛存在于世界各大洋和边缘海中,在海洋能量串级中扮演着重要角色,在海洋资源开发、海洋工程建设和海洋军事活动等方面均具有重要学术价值与实际意义。海洋内波在合成孔径雷达SAR (Synthetic Aperture Radar)图像上呈现出亮暗相间的条纹状特征。本文利用2001年—2020年南海海域包含不同微波波段(C、L、X)、不同极化方式、不同空间分辨率的631幅星载SAR图像,构建了5480个SAR图像南海海洋内波样本,结合Faster R-CNN框架,利用迁移学习的方法,实现SAR图像上的海洋内波自动检测。模型识别准确率达到95.7%,召回率为92.3%,在准确率较高的同时还能保持较低的虚警率。该算法的建立使得基于海量卫星SAR数据检出海洋内波成为可能,从而为针对性地开展内波动力参数反演和过程研究提供了技术和数据基础。     

SAR图像海岸线检测的区域距离正则化几何主动轮廓模型

合成孔径雷达(SAR)卫星遥感图像可以极大地提高全国海岸线覆盖频率,然而受到海洋波浪所引起的随机海水表面粗糙度的影响,海岸目标与海水背景边界易混淆不清,因此本文提出了基于区域距离正则化几何主动轮廓模型(RDRGAC),引入距离正则项,解决重复初始化水平集函数为符号距离函数的问题,提高了算法收敛速度。此外,将区域面积项系数与SAR图像等效视数(ENL)建立非线性拟合关系,实现RDRGAC模型根据不同SAR遥感图像的自适应调整,改善海岸线自动提取精度。通过河北省北戴河和大连市金州湾SAR数据海岸线提取对比试验,验证了所提方法的有效性。     

基于RPC的TerraSAR-X影像立体定向平差模型

针对新型高分辨率雷达卫星TerraSAR-X立体像对,本文提出采用基于RPC的平差模型,通过少量的地面控制点来拟合因传感器不稳定、平台星历数据不精确及测距误差引起的影像几何畸变,从而达到精确定向目的.为验证RPC平差模型的适用性,通过在立体成像区域均匀市设人工角反射器点的方法验证其模型精度,并评估了其三维定向平差后的精...     

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.     

Rational function modeling for spaceborne SAR datasets

As a kind of generic sensor model, the rational function model (RFM) has been widely used in geometric processing of optical images, but has not yet been applied to SAR datasets. In this article the feasibility and methodology of rational function (RF) modeling for SAR datasets are investigated. After a review of the mathematic formulation of the RF model and the Range-Doppler model for SAR systems, the feasibility of applying RFM to SAR datasets is analyzed. Afterwards a two-stage approach is proposed as the key technique for SAR RF modeling to solve unknown parameters of RFM in a fast and unbiased way. The effectiveness and advantages of this approach are demonstrated by comparisons with traditional methods. Experimental results obtained for various spaceborne SAR datasets of different processing levels show that RFM is a suitable replacement of the rigorous Range-Doppler model for spaceborne SAR images. Furthermore, the impacts of several factors including the control point grid size, the number of elevation layers, and the orbit precision on SAR RFM solutions are evaluated quantitatively. The results show that the number of elevation layers is a key factor in SAR RF modeling, and its value should be set carefully according to terrain conditions of study areas. Finally, potential applications of SAR RFM are discussed in brief.     

基于有理多项式模型的星载高分InSAR影像制作数字高程模型的研究

合成孔径雷达干涉测量是一种利用SAR影像复数据的相位信息提取地面三维信息的技术,它通过获取地面目标在两幅SAR影像上的相位差值来解算该点的三维坐标。有理多项式（RPC,Rational Polynomial Coefficient）模型作为一种数学意义上的几何模型,它独立于传感器和平台,简单且具有通用性,可建立地面任意坐标与影像空间的关系。本文在RPC模型用于替代星载SAR的距离多普勒模型和星载InSAR的干涉相位方程基础上,研究 RPC模型应用于星载高分辨率InSAR影像制作DEM的可行性和精度。利用兰州COSMO-SkyMed数据和资源三号三线阵数据制作的DEM为参考数据进行实验验证,RPC模型用于InSAR技术生成的DEM,中误差为7.55米。     

国产光学卫星影像RPC制作

有理函数模型(Rational Polynomial Coefficients,RPC)是一种常用的影像几何关系表达模型,可以用于精确表达所有影像的成像几何关系,正广泛地被业界所接受.本文在国产光学卫星严密成像几何模型基础上,介绍了RPC模型和无偏估计参数求解算法.利用资源一号02B星、资源二号03星数据进行实验的结果证明了方法的正确性以及RPC模型对国产卫星影像的适应性.     

一种基于复共线性分析的RPC参数优选法

推导了求解有理多项式系数(RPC)的严密误差方程,从分析误差方程设计矩阵列向量间的复共线性着手,提出了一种去相关的RPC参数优选方法。对一景SPOT-5 HRG 1A级影像进行实验,结果表明,当地面控制点稀疏时,通过优选20~30个RPC参数,可以很好地消除参数间的相关性,有效消除有理函数模型(RFM)在地形拟合中出现的振荡现象,可明显提高RPC参数求解和RFM的影像几何处理精度。当地面控制点足够多时,利用此方法优选的RPC参数进行地形拟合的结果与用常规最小二乘法求解的78个RPC参数实施地形拟合的结果完全一致。     

合成孔径雷达图像辐值校正和几何校正的探讨

数字镶嵌是一种常用的数字图像处理技术。然而,用常规的数字镶嵌技术(利用地面控制点) 镶嵌合成孔径雷达图像并不理想。因为侧视雷达图像的畸变(几何和辐值)都与射束方向距离有 关。当相邻航带图像拼接时,图像色调和几何位置偏差较大。本文解决了侧视雷达图像数字镶嵌 中的问题；详述了雷达图像辐值校正和几何校正方法的数学理论；实例证明了校正方法是有效的。 通过对侧视雷达图像进行合适的辐值校正和几何校正后,就能获得色调均匀、位置准确的镶嵌图像。     

几何失真对SAR图像匹配的影响及校正方法分析

合成孔径雷达SAR用于图像匹配导航系统,可大大提高导航精度。然而地形起伏和大气干扰等因素使得SAR实时图存在几何失真,降低了匹配性能。通过对SAR实时图几何失真成因分析,提出了一种二维可分离的几何校正方法,并得出方位向几何失真可跟随成像处理预先校正,图像后处理只需校正距离向。利用数字高程模型DEM和正射图模拟得到了3幅具有不同地形特征的SAR实时图,并分别利用3种几何校正方法对其进行统计实验,得到了不同地形SAR实时图几何校正方法选取的准则。     

稀少控制的多平台星载SAR联合几何定标方法

几何定标采用地面控制点获取距离-多普勒模型中的精确几何参数,用于完成星载SAR影像高精度几何定位。但在广域范围内,特别是高山地区域,控制点极难获取。此外,传统定标方法仅面向单一平台SAR影像,尚不能实现多平台影像的联合几何定标。针对上述问题,本文提出一种基于稀少控制的多平台星载SAR联合几何定标方法。该方法从包含实测控制点的主影像出发,使用点位追踪算法获取主影像与从影像之间的连接点,并以连接点为桥梁逐级完成从影像的几何定标。本文采用京津冀地区南北向分布共计235 km的3景TerraSAR-X、3景TanDEM-X、5景高分三号影像进行联合几何定标试验,仅使用5个控制点即完成了所有影像的几何定标,并利用SF-3050星站差分GNSS接收机采集实测GPS点进行精度评价。结果表明使用稀少控制点定标后的TSX/TDX影像的几何定位精度优于3 m,GF-3影像的几何定位精度优于7.5 m,验证了该方法的有效性和正确性。