航天飞机极化干涉雷达数据反演地表植被参数

利用基于极化干涉测量的基本原理和相干散射模型。提出了基于模拟加温-退火算法的极化干涉雷达数据地表植被参数的反演算法，首先，对极化干涉测量的基本原理和一个考虑了地表和植被散射的二层相干散射模型进行了阐述。接着，对模拟退火算法的基本理论和基于模拟加温-退火算法的地表植被参数反演模型进行了论述，最后，利用和田地区1994年10月9日和10日的航天飞机SIR-CL波段单视散射短阵复数据进行了地表植被参数反演的计算，将反演结果与实测数据比较，表明该反演算法能以较好的精度获取地表植被的高度。     

极化干涉SAR数据地表土地类型分类

基于新疆和田地区1994年10月9日和10日SIR-C-L波段全极化雷达数据。首先对极化干涉测量的基本原理和数据处理流程进行了详细的阐述，接着，用Cloude相干最优算法得到了与3种地物散射机制相对应的3个最优相干图。并且就地物相干性对极化的强烈依赖和3种散射机制中地物的最优相干特性进行了分析，具有最高相干值的相位图在提取DEM方面较有利，具有最低相干值的相干图在地物识别方面较有利。最后，在对最优相干系数。后向散射系数和熵进行数据相关性分析基础上，利用得到的最优相干系数，熵和后向散射系数数据进行了土地类型的识别和分类，得到了很好的效果。     

植被覆盖地表土壤水分遥感反演

以地域特色突出的新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,联合使用雷达数据和光学遥感数据,对干旱区绿洲土壤和植被水分信息进行提取。在同期光学遥感影像数据提取植被归一化差分水分指数基础上,利用"水-云模型"从雷达数据总的后向散射中去除植被影响,建立土壤后向散射系数与土壤含水量的关系,相关系数为HH极化R2=0.5227,HV极化R2=0.3277。结果表明利用C波段HH极化雷达影像数据结合光学影像数据,进行干旱半干旱地区棉花、玉米等农作物种植区地表土壤水分反演时,在中等覆盖条件下去除植被影响有较好的效果。     

InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

介绍了应用InSAR技术监测矿区地表沉降以及地下开采活动的原理;利用重轨差分InSAR技术获得了峰峰矿区地表ENVISAT和JERS 1的雷达形变干涉相位图;分析了在矿区地表沉降过程中ENVISATC波段和JERS 1 L波段形变干涉相位图的相干特性、相位特性以及干涉测量技术在矿区地表沉降监测中应用的可行性和局限性。实验结果表明,利用C波段和L波段雷达数据可以实施对矿区地表沉降的监测,但是C波段雷达受到空间干涉基线的限制更加严格,如果要实现对矿区地表沉降的监测,需要充分利用每个卫星回访时期的雷达数据,建立长时序的星载雷达形变干涉相位图序列,才能较好地实现矿区地表沉降监测。     

干涉雷达技术用于林分高估测

如何使用遥感手段测量林分高一直是遥感技术积极探索的应用领域之一，雷达干涉测量（InSAR)技术充分利用了雷达数据中的相位信息，从单视复型干涉影像数据对中提取地表高程信息，近年来这一技术取得了快速的发展，得到了广泛的应用，该文利用美国航天飞机SIR－C／X－SAR L波段和C波段数据进行干涉测量处理，并将之应用于林分高估测，首先简要介绍了雷达干涉测量技术的发展及其基本原理，接着总结提出了雷达干涉测量技术估测有效林分高的方法，并将估测结果与实际的外业测定数据进行了比较，采用直接与林缘相差分的方法进行有效林分高的估测，在黑龙江大兴安岭实验区的初步结果说明了雷达干涉处理技术有用于有效林分高估测的潜力，显示了这一技术在林分高估测和林分高生长监测中的巨大应用前景。     

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。     

差分雷达进干涉测量原理及其测地应用综述

雷害干涉（Radar Interferometry）测量技术是一种新的空间对地观测技术。它将复型雷达数据中的雷达相位信息提取出来进行干涉处理，获得地球表面三维信息，可用于获取高精度的数字高程模型（DEM）。特别是应用其差分技术，可对地表进行变形监测，精度可以达到毫米级。目前合成孔径雷达干涉测量技术及其差分技术已经成为地学界研究的热点，其应用领域也正在迅速扩大。本文详细阐述和分析了关分雷达干涉测量的基本原理和发展概况，并列出了差分雷达干涉在测地方面的应用。最后结合当前合成孔径雷达干涉测量技术发展现状分析了其应用前景。     

SAR干涉测量的相干性特征分析及积雪划分

雪盖面积是高山地区和季节雪盖区水文,气象模型的重要输入因子.SAR干涉测量不仅能够生成高精度的DEM,而且能够通过重复轨道雷达信号的相干性来探测地表覆盖的变化.通过分析比较四景重复轨道ERS-1/2的SAR图像发现,裸岩,裸地,灌丛等未受到扰动的地表相干性高,湖面,雪盖等变化明显的地表相干性低.积雪覆盖后的表面,其相干性急剧隐低,利用其相干性特征可以进行积雪划分.根据上述特性,利用地物的散射强度和SAR重复轨道的相干测量进行雪盖划分,分类精度达到82%,结果表明利用SAR干涉测量的相干性特征进行雪盖制图是可行的.     

利用GRACE与Sentinel-1反演地下水变化与地表沉降研究

针对地表沉降与地下水变化之间的关系研究,助力资源开发与灾害防治之间突出矛盾的解决。该文利用GRACE/GRACE-FO卫星观测数据反演京津冀地区的地下水变化情况,利用Sentinel-1卫星观测结果,通过小基线集干涉测量技术(SBAS-InSAR)计算该区域的地面沉降速率,在地下水变化分析的基础上研究地下水变化与降雨的相关关系,并进而得到地表沉降与地下水变化的相关关系。结果表明,2003—2020年京津冀地区地下水储量呈减少趋势,变化速率达到-11.4 mm/a,降雨量年际变化较大,对地下水储量亏损存在影响;京津冀地区中,北京市地表形变相较于地下水变化滞后时间约为3个月,地下水变化与地表形变存在较高的相关性,二者相关系数达到0.758。     

普宁市地面沉降的SBAS技术监测应用研究

InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术是随着合成孔径雷达发展起来的一种雷达干涉测量新技术,它可获得地表目标点的精确三维空间位置以及细微形变信息。基于雷达干涉测量发展的短基线(Small BAseline Subset,SBAS)干涉测量,可对缓慢地表形变进行高精度的监测。本文以广东省普宁市为实验区,选用2007~2010年间共10景ALOS/PALSAR数据,采用SBAS技术获取了该地区的形变时间序列和平均沉降速率,结果表明普宁市区存在多个严重的沉降漏斗,年最大沉降速率达15cm/a。利用观测时段内两期的水准点观测资料对SBAS时序结果进行验证,对比结果发现两者较差最大为46mm,最小为21mm,表明SBAS技术进行地面沉降监测的可靠性和有效性。     

SAR interferometric coherence analysis for snow cover mapping in the western Himalayan region

Abstract

Information of snow cover (SC) over Himalayan regions is very important for regional climatological and hydrological studies. Precise monitoring of SC in the Himalayan region is essential for water supply to hydropower stations, irrigation requirements, and flood forecasting. Microwave remote sensing has all weather, day and night earth observation capability unlike optical remote sensing. In this study, spaceborne synthetic aperture radar interferometric (InSAR) coherence analysis is used to monitor SC over Himalayan rugged terrain. The feasibility of monitoring SC using synthetic aperture radar (SAR) interferometry depends on the ability to maintain coherence over InSAR pair acquisition time interval. ERS-1/2 InSAR coherence and ENVISAT ASAR InSAR coherence images are analyzed for SC mapping. Data sets of winter and of snow free months of the Himalayan region are taken for interferogram generation. Coherence images of the available data sets show maximum decorrelation in most of the area which indicates massive snowfall in the region in the winter season and melting in the summer. Area showing coherence loss due to decorrelation is mapped as a snow-covered area. The result is validated with field observations of snow depth and it is found that standing snow is inversely related to coherence in the Himalayan region.     

植被调节下的干旱区不透水面覆盖率遥感估算方法

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的居住区指数模型（HSI）广泛应用于区域尺度城市不透水面扩张监测。但是,在干旱区由于受到裸岩、沙漠、戈壁等低植被覆盖区干扰,HSI算法的精度和适应性受到了一定的影响。为解决这一问题,本文利用植被覆盖度作为调节系数,对灯光数据与植被指数进行动态调整,构建了适用于干旱区的城市植被调节不透水指数（VAISI）;然后采用SVR模型,通过机器学习的方法构建了城市不透率参考数据与VAISI之间的非线性关系模型,实现对干旱区区域尺度不透水面覆盖率估算;最后,对模型估算结果进行了精度验证和比较分析。试验结果表明：在干旱区,VAISI解决了由于灯光溢出问题及城市周边裸土等低植被覆盖等因素导致的城市周边裸土像元不透率估算过高问题,一定程度上提高了城市内部不透水面空间分布信息的表达能力,有效克服了非灯光区估算结果高于背景值的现象。平均相关系数R由0.69提升到0.79,RMSE由0.17降至0.14。     

Detection of Slope Instability in Hong Kong Based on Multi-baseline Differential SAR Interferometry Using ALOS PALSAR Data

The monitoring of slope instability requires detailed observations of mass movements, which generally cannot be obtained by geodetic methods or global positioning systems (GPS). Differential synthetic aperture radar (SAR) interferometry has proven to be an effective way of measuring land deformation with millimeter accuracy over wide areas. Using data from the newly launched L-band ALOS PALSAR interferometer and the multi-baseline differential SAR interferometry technique, slope instability in Hong Kong was analyzed by means of measured surface displacement along look vectors. Owing to its enhanced vegetation penetration, less temporal decorrelation enabled the L-band data to improve spaceborne radar sensor land-surface deformation measurements. The results were validated by ENVISAT ASAR-derived outcomes and other ground survey data.     

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。     

一种改进的融合多指标荒漠化等级分类方法

土地荒漠化等级分类是荒漠化监测的重要内容,也是土地荒漠化综合治理、科学防护的基础。针对植被稀疏及干旱区土地荒漠化提取异常的问题,本文选择干旱/半干旱的科尔沁区为试验区,以2005、2010和2015年3期的中高分辨率Landsat遥感影像为数据源,基于大量的样本统计分析,提出了一种融合植被覆盖度（FVC）、去土壤植被指数（MSAVI）、增强性植被指数（EVI）3种指标的荒漠化提取模型,并将之与传统植被覆盖度指标提取结果进行了对比分析。研究结果表明,相较于单一植被指数反演方法,本文提出的算法分类精度更高,尤其针对干旱/半干旱地区,该融合植被指数法具有更好的适用性和稳健性。该方法为荒漠化评价体系的建立提供了新的思路,为土地荒漠化防护与治理提供了辅助决策支撑。     

基于ASTER GED产品的地表发射率估算

地表发射率是地表温度反演的重要输入参数,为了解决现有地表发射率估算方法在裸露地表精度较差的问题,本文基于最新的ASTER全球地表发射率产品(ASTER GED)和基于植被覆盖度的方法(VCM),提出了一个改进的地表发射率估算方法。首先,利用ASTER GED产品求解裸土发射率,然后,利用ASTER波谱库中的植被发射率和植被覆盖度结合VCM方法计算地表发射率。利用张掖地区2012年11景ASTER TES算法反演的地表发射率产品和实测地表发射率数据进行了验证,同时利用一景Landsat 8 TIRS数据分析了对地表温度反演精度的影响。结果表明该方法估算的地表发射率整体精度较高,可以有效改进裸露地表的发射率估算精度,用于支持利用多种热红外传感器数据生产高精度的地表温度产品。     

时空三维相位解缠算法改进研究

三维相位解缠是时序干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）技术的关键环节之一,解缠结果直接影响时序InSAR地面沉降监测的精度。针对地面沉降严重、地形坡度变化较大的区域,因相位欠采样引起的整周期解缠误差问题,提出了一种基于频域置信度的加权最小二乘相位解缠算法,并以此替代时空三维相位解缠中空间维以相位梯度为权重的加权最小二乘相位解缠算法。通过提高相位坡度变化估计的准确性,进而提高时空三维相位解缠的精度和稳定性。以北京地区地面沉降监测为例进行了验证,结果表明,与经典的时空三维相位解缠算法相比,改进算法得到的沉降监测结果精度更高,特别是对于坡度变化较大、失相干现象明显的沉降漏斗区,其沉降监测精度有明显改善。     

多频率InSAR提取沼泽湿地DEM精度对比分析

选取3种波长的干涉SAR数据对提取沼泽湿地区域的DEM,并随机从1：10 000地形图中选取111个点数据进行精度验证,最后对比分析了沼泽湿地植被对于不同SAR波长的干涉相干性差异。结果表明：L-band ALOS-1 PALSAR精细模式的HH单视复数数据与1：10 000地形图数据吻合度较好,76.58%的高程值差异在3 m以内,其相干系数比C-band Sentinel-1A IW模式的VV单视复数数据和X-band TerraSAR HH单视复数数据要高;更适合利用雷达干涉测量技术提取沼泽湿地的DEM;不同湿地植被类型的相干系数有较大差异,岛状林和灌草结合的湿地植被分布区相干系数值较大,而浅水沼泽植被区和深水沼泽植被区相对较低。     

新疆焉耆盆地土壤湿度时空分布特征

本文以新疆焉耆盆地为研究区,首先利用实测数据和Landsat 8 OLI遥感数据获取土壤调查植被指数（MSAVI）和地表温度（Ts）,构建Ts-MSAVI特征空间,拟合特征空间的干湿方程;然后利用该特征空间计算温度植被干旱指数（TVDIm）,反演9-11月的土壤湿度,探讨土壤湿度时空分布特征。试验结果表明：①遥感影像反演的TVDI与实地考察的土壤湿度显著相关（a=0.05）;不同土层中,TVDIm与10~20 cm土层湿度相关性最高（R=0.588）;②焉耆盆地湿度总体以半干旱为主（0.60.8）;土壤湿度空间分布上,焉耆盆地南侧为干旱区,西部和北部地区偏干旱,中部为湿润区域,对于该地区滨湖湿地和博斯腾湖附近小湖土壤湿度最高,博斯腾湖南部的沙地区土壤湿度最低,Ts与土壤湿度呈负相关;③10月湿地的TVDIm值最低,9月沙地的TVDIm值最高。TVDI模型应用于焉耆盆地取得较好的结果,可用于正确地估算土壤湿度,研究结果可为焉耆盆地生态环境和水资源提供重要的参数。     

微波干涉测量技术及其在桥梁变形观测中的应用

将步进频率连续波技术和干涉测量技术相结合而构成的地面微波干涉雷达系统GB-radar,可用于获取高精度、高分辨率的变形信息,以实现对地面目标的静动态高精度监测.本文介绍了基于该技术的IBIS-S系统在桥梁变形观测中的应用,分析了测量误差,通过实例验证了地面微波干涉雷达技术可以精细地测量桥梁挠度的动态变化,精度高,可以真实地反映结构物的动力特性.