改进的Kriging算法用于GPS水汽插值研究

大气水汽含量在时间和空间上波动所造成的雷达信号不确定性延迟,是影响雷达干涉测量精度的主要因素之一.将高精度地基GPS可降水汽值用于SAR影像大气延迟的改正,需要采用合适的插值方法对GPS观测值进行空间插值.常规的逆距离权(inverse distance weighted,IDW)倒数和克里格(Kriging)等空间插值方法,由于未考虑地形对大气延迟的影响,其应用效果不理想.为此,提出了一种改进的Kriging插值方法,该方法充分考虑了高程和距离对大气插值的影响.对香港地区GPS水汽观测建立的区域水汽改正模型实验结果表明,改进的Kriging方法具有明显的优越性,可以进一步推广用于建立多影响因素的拟合插值模型.     

考虑高程信息的MERIS水汽插值及其在ASAR干涉图大气改正中的应用

提出了一种考虑高程信息的MERIS水汽插值方法。应用实例验证了该方法可以明显地削弱大气对干涉图的影响,并成功地探测出了美国洛杉矶地区的地表形变信号。研究结果表明,考虑高程信息的MERIS水汽插值法的改正精度优于常规的MERIS水汽插值改正法,改善程度平均达4.25%,有利于改正地形起伏大的地区的大气影响。     

基于相干点目标的多基线D-InSAR技术与地表形变监测

失相干（Decorrelation）与大气波动是影响重复轨差分干涉测量（D-InSAR）进行地表形变信息提取的主要因素。相干性降低使得干涉纹图在空间上表现为不连续,难以完成相位解缠。重复观测时大气波动引起的相位延迟在空间域上的不均一分布则降低了D-InSAR提取形变信息,特别是空间范围覆盖较大的形变场的精度。介绍了一种基于相干目标的多基线D-InSAR数据处理算法。该算法根据少量SAR数据构成多基线干涉纹图集,分别利用点目标检测算法和相干系数均值作为相干目标提取的测度;利用相位回归分析模型对干涉相位进行时间域迭代处理,从干涉相位中提取线性形变速率和DEM误差改正,通过迭代处理补偿高程误差,解算线性地表形变速率。该算法提高了D-InSAR形变监测的时间采样率,能准确获取每个观测时刻的形变累积量。以沧州地区2004—2005年的SAR数据为例,获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。     

GPS/GLONASS集成的CORS网大气延迟插值模型比较分析

结合实际数据,对GPS/GLONASS集成的CORS网中利用参考站间的大气延迟内插流动站处的误差改正量的各种内插算法进行比较。比较结果认为:双差电离层延迟改正采用克里金插值模型(KRG)方法精度最高,精度优于3cm;而对流层延迟误差改正中,GPS采用最小二乘配置模型(LSC)插值方法效果最好,精度一般可达3cm,而GLONASS则应采用3阶趋势面模型(LSM3)进行内插,精度为4cm。     

网络RTK对流层延迟内插模型精度分析

流动站与参考站间双差对流层延迟的精确改正是网络RTK技术的关键。本文采用河南省地基增强系统参考站网7个参考站的观测数据进行试验,选择LIM、LCM、LSM和KRG模型为研究对象,分析了各模型用于不同高差水平流动站对流层延迟改正的效果。试验结果表明：4种常用内插模型中,LIM和KRG模型对流动站对流层延迟改正的精度较优。流动站与主参考站高差达到400 m时,对于低高度角卫星,模型内插精度降低到分米级,不满足用户流动站高精度定位需求。     

EGNOS模型在对流层延迟插值方法改进中的应用

在插值站与已知站平均高程面高差较大的情况下,传统的反距离加权内插法得到的对流层延迟值精度较差,因此提出了一种基于EGNOS模型的反距离加权插值方法。该方法通过EGNOS模型将对流层延迟改正值在高程方向上进行投影延拓。相对于传统内插法来说,可以避免较大高差带来的空间内插结构上的畸形。采用IGS站提供的对流层产品进行实验,结果表明该方法求得的对流层延迟改正精度相比于传统的反距离加权内插法有了显著提高,特别是对于高差较大的站点有很好的改进效果。     

不同空间插值对InSAR大气延迟改正影响研究

大气效应是InSAR技术用于地表探测的主要误差源之一。GPS数据作为InSAR大气延迟误差改正的重要数据源,受其站点分布疏密的影响,分辨率还无法做到与SAR影像完全相匹配,必须对GPS获取的大气延迟数据进行空间插值。本文采用反距离加权法(IDW)、Kriging插值法和移动曲面拟合法(Surface Moving Fitting,SMF)三种插值方法,探讨了InSAR大气误差改正过程中的空间插值问题,并对三种插值的精度进行了分析和评价。     

区域重力调查成果在江苏地区高精度水准测量改正中的适用性分析

本文分析了空间重力异常精度对水准测量高差重力异常改正的影响。在江苏两处试验区分别采用实测重力和布格异常数据库两种改正方法,计算测段重力异常改正值,对比两者间的差异。结果表明：未顾及地形起伏的实测重力点分布是导致两种改正方法改正值差异大的主要因素;地形起伏较大区域,水准线路出现转折或倾斜过大时,需加测重力,采用实测重力进行水准测量高差重力异常改正;平坦小区域内,利用布格异常数据库与实测重力进行水准测量高差重力异常改正的精度相当。     

基于DEM的低相干区SAR干涉图卡尔曼滤波相位解缠算法

相位解缠是利用干涉合成孔径雷达(InSAR)进行DEM提取和微小地表形变测量的关键技术之一.常规的卡尔曼滤波相位解缠算法在地形平坦区域可以获得可靠的结果,但是在地形起伏较大的区域却容易产生误差的传递,致使其结果无法准确反演地表形变信息.为此,提出了一种基于DEM的SAR干涉图卡尔曼滤波相位解缠算法.该算法借助美国航天飞机测绘任务(SRTM)获得的DEM信息指导SAR干涉图解缠,以提高解缠的速度和精度.通过与常规卡尔曼滤波解缠算法的结果比较分析表明,利用SRTM DEM地形信息指导卡尔曼滤波相位解缠尤其能够提高低相干区域相位的解缠精度.     

基于图像特征的星载SAR图像模拟研究

SAR图像模拟技术被广泛应用于SAR系统的设计和验证、SAR图像的正射纠正、雷达图像解译和目标识别等。随着星载SAR的发展,必然面临着对星载SAR图像模拟的大量需求。本文首先从SAR图像的几何特征和辐射特征出发,探讨了SAR图像模拟技术的原理,分析了RD（Rang Doppler）模型,后向散射模型和斑噪模型。在传统RD模型的基础上,根据不同地形特征（起伏地形和平坦地形）考虑不同的后向散射模型。特别强调了在平坦地形情况下,需要地物分类数据的参与,并利用Ulaby和Dobson的后向散射模型。另外,在SAR图像统计特征的基础上,进行SAR图像的乘性噪声模拟,可以满足更逼真的SAR场景需求。然后,给出了图像模拟的算法流程,并对关键步骤的算法做了分析。最后,在实现基于图像特征的星载SAR图像场景模拟算法的基础上,选择新疆窝依牙地区和天津地区分别进行起伏地形和平坦地形的模拟试验,实验结果证明了本文模拟算法的有效性。     

SAR影像多项式正射纠正方法与实验

提出了一种针对SAR影像的多项式正射纠正法———引入投影差改正的多项式纠正法,并对ERS 2、RADARSAT和机载SAR影像进行了实验。引起SAR影像变形的因素很多,其中多数变形可以通过多项式纠正方法得到改正;但是,因高差引起的变形很难通过一般的多项式纠正方法进行改正。在本文中,先根据斜距和侧视角改正高差引起的投影差,然后用一般多项式纠正的方法改正其他因素引起的变形;重采样时则恰好相反,先根据多项式参数求得未受高差影响的像点坐标,然后加上投影差,从而获得真实的像点坐标。与其他正射纠正的方法相比,本文的方法非常易于实现,而且能够达到相当高的精度。根据以上原理,设计了相应的软件,并对云南大理一幅Radarsat的山区影像进行了纠正实验,控制点精度为2 2个像素;而采用一般多项式,使用同样的控制点,对这幅影像进行纠正,只能达到44 4个像素。另外,使用ERS 2影像和机载SAR影像进行了相应试验,结果类似于Radarsat影像的纠正。因此,本文提出的方法是有效、可行的,能适应地形起伏较大地区的SAR影像的几何校正。     

星载SAR距离-多普勒定位算法中地球模型的修正

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)距离-多普勒定位算法(R-D算法)模型基于严格的成像几何构建,不需在视场中设置任何位置确知的特征点。但对具有一定高程的目标,以往的研究将目标高程直接加在平均赤道半径上对地球模型进行修正。由于地球体的椭球特征,这种修正并不能完全消除高程对定位误差的影响,会产生随纬度和目标高程变化的定位误差。本文介绍R-D定位算法的原理,推导将目标大地高归算至地球赤道半径的公式,给出地球模型合理的修正公式。最后根据实例和仿真分析,表明在低纬度的定位研究中,以往的修正方式仍然可以达到很高的精度;而在高纬度和高海拔地区,则会产生较大的定位误差,应使用更为合理的地球模型。     

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.     

一种联合估计形变和大气误差的改进LiCSBAS方法

多时相InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术以其大范围、高时空分辨率、可以获取毫米级甚至亚毫米级形变信号等特点,被广泛应用于大范围地表沉降监测。针对目前时序分析在获取研究区影像和数据预处理上耗时量大的问题,利用LiCSAR(looking inside the continents from space with synthetic aperture radar)产品,采用时序分析新方法 LiCSBAS提高了解算效率。该方法采用整体干涉对质量检验和相位环闭合差,探测二维相位解缠存在的解缠误差,剔除相干性较低的干涉对和大误差像元。为了减弱大气误差的影响,利用通用型大气改正在线服务产品进行大气误差改正,并在此基础上提出了一种形变参数和大气相位联合估计方法。以成都平原地区和西部山区为例,获取2016—2020年共90景影像进行时序分析新方法实验研究。结果表明：（1）提出的联合估计算法在地形起伏明显地区可以有效地抑制大气误差的影响,同时在大气效应不明显的地区也不会错估而引入相位误差;（2）监测的大部分区域表现较为稳定,年际沉降形变速率...     

基于CGPS数据的InSAR对流层延迟改正研究

利用CGPS数据和站间、历元间的双差模型来计算InSAR大气延迟改正量。通过新西兰GEONET站网CGPS数据,研究了多雨山区的InSAR对流层延迟内插模型及对流层延迟参数估计个数问题,实验表明IDW和Kriging内插模型都能较好的适用于多雨山区的InSAR对流层延迟改正量内插,每隔5分钟估计一个对流层参数是比较合理的。     

多雨山区InSAR对流层延迟改正模型

在InSAR大气延迟改正双差模型的基础上,推导了适用于三归法D-InSAR测量的大气延迟改正模型。利用新西兰GEONET北岛连续观测GPS数据,研究了多雨山区InSAR对流层延迟内插模型。     

基于尺度空间的角反射器车载SAR影像坐标定位

确定角反射器(CR)在SAR影像中的高精度影像坐标是合成孔径雷达影像(SAR)几何校正、辐射校正和形变检测等研究的基础。本文提出了一种基于尺度空间的角反射器车载SAR影像坐标定位方法。通过对仿真数据和车载SAR影像数据的角反射器进行定位试验,验证了该方法的可行性和稳定性;并与使用地面控制点几何纠正后的角反射器定位结果进行对比,验证了该方法满足子像素级定位精度的需要,且无需地面控制点。     

利用一维变分同化方法从地基GPS相位延迟中获取大气折射率

GPS信号相位延迟中包含很多大气信息,通过一定的方法可以从中获取有价值的大气参数。基于地基GPS相位延迟数据,提出了一种结合经验模式的一维变分同化获取大气折射率的方法。利用GPS相位延迟模拟数据进行同化试验,讨论了背景误差的设置对同化结果的影响,采用实测个例对该方法进行了验证。结果表明,该一维变分同化方法可行,并可获取高精度的0~60 km大气折射率。低层大气背景误差设置的准确程度会对整个高度范围内的同化效果产生影响。首次将同化获取的大气折射率应用于无线电波折射修正,取得了很好的修正效果,修正精度可达1 mm量级。