多分辨率分析的InSAR轨道误差去除算法

针对传统的多项式模型去除InSAR轨道误差时,只能去除由于基线不准导致的平地相位残余误差,而对于基线误差引起的与高程相关的地形相位误差仍保留在干涉图中,提出了一种多分辨率分析的干涉相位轨道误差去除方法.从InSAR成像几何结构出发,分析轨道误差的空间特征,推导了由基线误差引起的平地相位误差及地形相位误差;再通过多分辨率分析把轨道误差与对流层延迟误差相位、外部DEM引起的地形误差相位、噪声相位等进行滤除,最后采用最小二乘计算多项式模型参数,可以更精细的估计出轨道误差相位,吸收与地形相关的误差.结果表明,经过改正的干涉图与DEM的相关系数仅0.033 8,相对于线性模型和二次多项式模型的0.165 5和0.071 9,对地形相关轨道误差的去除改善程度达到79.1％和53.0％,能够更好地去除轨道误差,提高了轨道误差估计精度,吸收了与地形相关的误差.     

InSAR平地相位去除算法及其对DEM精度影响研究

准确有效去除干涉纹图中的平地相位是精确莺建DEM的关键.探讨了两类常见的去平地相位方法(基于地理定位和基于干涉频谱),分析了其所引起的误差影响.通过Envis砒和JERS-1两种数据的验证结果表明:在可获取精密轨道数据的情况下,基于地理定位的去平地方法能够有效去除干涉纹图中所包含的平地相位,并很好地控制最终所得的DEM误差,其效果优于基于干涉频谱的去平方法;基于干涉频谱的去平方法在干涉频谱平均空间频率为0时,所引起的DEM误差相对较小;在精密轨道数据缺乏的情况下,两种方法均不能满足重建DEM精度要求.     

轨道误差对InSAR 数据处理的影响

轨道参数是InSAR 数据处理中一个重要的参数,对从最初的图像配准到最后的高程值或形变值图像生成都有着重要的影响.含有误差的轨道参数造成基线误差以残差条纹的形式存在于干涉图中.完全去除残差条纹要求轨道绝对精度低于1mm,目前的定轨精度远不能满足要求.这里推导了轨道误差和残差干涉条纹的关系,分析了轨道误差对高程值和形变值影响的特点,提出采用二次多项式拟合的方法去除残差干涉条纹,并以巴姆地区的 ENVISAT 数据证明了提出方法的有效性.     

利用附加系统参数的InSAR轨道误差估计

针对利用小波分析方法联合二次曲面模型改正合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)轨道误差时观测值的系统误差特性,该文在传统二次多项式的基础上建立了一种附加系统参数的轨道误差改正模型。利用小波分析方法可以有效提取干涉相位中的低频部分,二次多项式法计算简便,附加系统参数平差原理顾及了观测值中其它系统误差项的影响,结合3种方法更准确地求解出了改正模型参数,实现了对InSAR轨道误差的有效估计去除。基于伊朗巴姆地区的ENVISAT ASAR数据实验表明:在使用所提算法去除轨道误差相位后的干涉图中,远离形变区域位置的相位值基本趋近于0rad,轨道残差相位也基本得到消除。     

轨道误差对InSAR相位影响的BP神经网络去除法

针对用二次多项式法去除轨道误差对InSAR相位影响时,须对干涉相位其他项分布性质作假设,且自身存在一定的模型缺陷的问题,该文提出用BP神经网络去除轨道误差对InSAR相位影响的方法。研究表明:BP神经网络法在使用时无须对干涉相位其他项分布性质作假设,模型更优。模拟实验中,轨道误差相位拟合残差更小;真实数据实验中,纠正后非形变区相位集中在零值附近,且波动趋势更为平稳。该方法一定程度上降低了传统二次多项式法的应用局限性。     

一种基于高分辨率雷达影像以及外部DEM辅助的复杂地形制图方法

为满足在坡度陡、高差大的复杂地形地区高精度DEM制图的需要,在传统的雷达干涉测量技术的基础上,通过引入外部DEM,建立外部DEM模拟相位和干涉解缠相位的对应关系,构建多维线性模型,进行线性回归分析,去除误差相位趋势;同时根据引入的外部DEM估计高程的误差范围,进行高程点的滤波,达到精化DEM的目的,形成最终的DEM产品。该方法已经应用于高分辨雷达影像（COSMO数据）在云南德钦地区DEM地形图的制作,通过GPS数据的验证,其精度达到了国家1∶50 000 DEM制图要求。     

利用地面控制点相位残差定权方法减弱InSAR轨道误差相位

两次SAR图像成像时卫星位置的差异导致即使在平坦地区InSAR干涉图上也会有参考面相位存在。由于定轨精度有限,InSAR数据处理过程中需去除轨道误差相位。目前常用的去除轨道误差的方法为基于轨道状态矢量计算出初始基线,再根据地面控制点信息,利用最小二乘算法得到精密基线;或将初始基线对应的参考面相位去除后,再对剩余相位进行快速傅里叶变换或曲面拟合,得到趋势性相位再去除。由于去除参考面相位在去除大气相位和获取形变相位之前,因而基线精密估计的过程中易受到大气相位和形变相位的影响,影响形变解算结果。在实际应用中发现存在干涉图在去除参考面相位后依然有趋势性相位的现象,本文针对此现象考虑大气相位和形变相位影响,提出了利用地面控制点相位残差定权的基线估计方法,提高了估计形变结果的精度,模拟试验和实际应用表明该方法具有一定的有效性和可行性。     

卫星轨道和大气延迟误差联合校正的山地DEM提取

针对轨道误差和大气延迟误差是制约ALOS PALSAR数据快速获取大面积及高精度数字高程模型的主要因素这一问题,该文提出一种基于埃尔米特(Hermite)插值和高程大气模型对两种误差进行联合矫正的方法。首先,采用埃尔米特插值法对轨道矢量数据进行插值,以提高去除平地效应的效果;然后,建立高程与相位之间的线性模型,去除与高程相关的大气延迟误差;最后,进行相位高程转换得到数字高程模型。利用陕西省彬县地区的两景ALOS PALSAR数据进行实验分析。结果表明,该方法获取的数字高程模型以航天飞机雷达地形测绘使命为参考的均方根误差为14.48m,比常规干涉方法获取的结果有很大的提高,证明了该方法的有效性。     

一种无控制点支持的分布式SAR系统干涉测高方法

分布式星载合成孔径雷达干涉测高系统提供了多个通道的观测数据,给定位和测高带来冗余信息,基于此提出了一种无需控制点支持的干涉测高方法.介绍了该方法的原理,推导了定位与测高方程组,采用一阶近似进行了误差敏感度分析,并通过Monte-Carlo仿真加以验证.仿真结果表明:(1)可以直接采用误差理论分析结果为系统分析和设计提供支撑;(2)测高精度对系统干涉相位差的误差十分敏感.     

TOPS模式哨兵-1雷达干涉图误差校正技术

哨兵-1系统因其优质的设备参数及开放性的政策具有很高的学术及应用价值,然而其特殊的TOPS成像模式对利用该数据的干涉处理与分析提出了挑战。本文对影响哨兵-1 TOPS模式数据干涉质量的数据配准、电离层及对流层因素进行了定量化分析,提出了基于ESD,以及GPS、ECMWF等外部数据源校正的TOPS哨兵-1模式干涉图误差校正技术;以一对2016年某区域的哨兵-1 TOPS模式影像为研究数据,对其依次进行了精配准、电离层相位和对流层相位系统校正。研究结果表明,配准精度能够满足数据1/1000像元的精度要求;能去除电离层条带相位和方位向相位跳变;进而实现对流层相位约27%标准差精度的提升。此技术能够显著减小哨兵-1 TOPS模式数据的干涉误差,提高其在差分雷达干涉乃至时序差分雷达干涉等形变监测中的应用价值。     

GNSS天线相位中心模型的演变

介绍了GNSS天线相位中心改正的基本概念和定义,分析了相位中心偏差（PCO）和变化（PCV）的改正公式,以及天线相位中心改正从相对相位中心模型到绝对相位中心模型的演变,最后结合软件对相位中心改正的实现方法进行了介绍。     

Remarks on correcting ionospheric distortions in L-band radar interferometry

The L-band synthetic aperture radar (SAR) interferometry (InSAR) technique has a lower accuracy due to ionospheric phase distortions. Recently, a multiple-aperture interferometry (MAI)-based ionospheric correction method has been proposed. Using four types of ionosphere-distorted interferograms, the performance of the correction method was evaluated and then analyzed the feasibility of the correction method. The test interferograms contained severe azimuth streaking, low-frequency ionospheric phase distortion and drastic phase change due to the ionosphere. The results showed that (i) the existence and magnitude of ionospheric phase distortions can be recognized from MAI interferograms and (ii) the MAI-based ionospheric correction method efficiently reduced severe azimuth streaking and low-frequency distortion but did not mitigate the drastic phase change perfectly. It is allowed (i) to determine whether a given SAR interferogram has an ionospheric distortion and (ii) to predict whether the ionospheric distortion can be corrected by using the MAI-based ionospheric correction method.     

基于间断自适应MRF的相位解缠算法

合成孔径干涉雷达（InSAR）技术已被广泛应用于地面高程信息的获取。相位解缠作为其关键步骤直接关系到地表高程的提取精度。然而,相位解缠受相位连续性假设的限制无法识别间断相位,影响在陡峭地形区域的高程反演精度。针对上述问题,本文提出了一种基于间断自适应马尔可夫随机场模型（DA-MRF）的相位解缠算法处理间断相位。首先构建DA-MRF模型的能量函数能够自适应地在连续相位处保持像素连接,同时在间断相位处阻断像素连接;然后再利用图割算法优化能量函数,完成相位解缠。仿真和实测数据试验证明,本文方法与常用的相位解缠算法相比,具有更强的间断相位保持能力,更适用于地形变化剧烈场景中的地形重建。     

Short baseline GPS multi-frequency single-epoch precise positioning: utilizing a new carrier phase combination method

Traditional carrier phase combinations are linear functions of the original carrier phases. We develop a new way of carrier phase combination that regards carrier phases of different frequencies as the basis of the carrier phase space. The combined carrier phase is a point of this space. Then, this point, i.e., the combined carrier phase, is mapped back to a single-dimensional carrier phase by a bidirectional mapping. The new single-dimensional carrier phase is called mapped carrier phase. The advantages of this combination approach are a long wavelength and small noise of the mapped carrier phase, which make ambiguity resolution easy. Unfortunately, the mapped carrier phase value is not well determined due to the noise in the observed phases. On the contrary, a set of possible mapped carrier phase values are attained; however, only one value is correct. To reduce the number of candidates and fix the correct value of the mapped carrier phase, the following steps are discussed: (1) The integer nature of the original carrier ambiguity is used to attain an initial set of possible mapped carrier phase values; (2) the distribution of the mapped carrier phase ambiguity is included to reduce the possible values; and (3) the Gaussian least-squares objective function is introduced to fix the correct value. As a result of these steps, a single-epoch positioning algorithm is established. Two experiments are carried out to preliminarily compare the new algorithm with LAMBDA. The results show that the new algorithm is slightly below LAMBDA in resolution success rate, but computationally more efficient than LAMBDA.     

Network-based geometry-free three carrier ambiguity resolution and phase bias calibration

Continuously operating reference stations (CORS) are increasingly used to deliver real-time and near-real-time precise positioning services on a regional basis. A CORS network-based data processing system uses either or both of the two types of measurements: (1) ambiguity-resolved double-differenced (DD) phase measurements, and (2) phase bias calibrated zero-differenced (ZD) phase measurements. This paper describes generalized, network-based geometry-free models for three carrier ambiguity resolution (TCAR) and phase bias estimation with DD and ZD code and phase measurements. First, the geometry-free TCAR models are constructed with two Extra-Widelane (EWL)/Widelane (WL) virtual observables to allow for rapid ambiguity resolution (AR) for DD phase measurements without distance constraints. With an ambiguity-resolved WL phase measurement and the ionospheric estimate derived from the two EWL observables, an additional geometry-free equation is formed for the third virtual observable linearly independent of the previous two. AR with the third geometry-free model requires a longer period of observations for averaging than the first two, but is also distance-independent. A more general formulation of the geometry-free model for a baseline or network is also introduced, where all the DD ambiguities can be more rigorously resolved using the LAMBDA method. Second, the geometry-free models for calibration of three carrier phase biases of ZD phase measurements are similarly defined for selected virtual observables. A network adjustment procedure is then used to improve the ZD phase biases with known DD integer constraints. Numerical results from experiments with 24-h dual-frequency GPS data from three US CORS stations baseline lengths of 21, 56 and 74 km confirm the theoretical predictions concerning AR reliability of the network-based geometry-free algorithms.

中国余数定理在双基线InSAR相位解缠中的应用

介绍了利用中国余数定理求解同余方程组的基本公式,并将中国余数定理引入到双基线InSAR相位解缠中。构造了关于干涉相位模糊数的同余方程组,设计了基于中国余数定理的双基线InSAR相位解缠方法,扩展了相位解缠的非模糊区间,为解决干涉相位欠采样区域的相位解缠难题奠定了基础。利用不同地区的多套DEM仿真的双基线InSAR干涉图进行了相位解缠实验,得到了满意的解缠结果,验证了该方法在干涉相位欠采样等区域的解缠能力。     

InSAR生成DEM中WRF大气校正

利用星载重复轨道合成孔径雷达干涉测量InSAR技术获取数字高程模型(DEM),无法避免大气延迟效应的影响。InSAR大气校正的方法很多,但在DEM获取方面的大气校正研究却非常少见。本文研究星载重轨InSAR生产DEM时利用大气数值模式WRF(Weather Research and Forecasting model)得到的水汽结果进行大气校正的问题,重点讨论大气校正的策略,包括WRF模式设置和大气校正时机的选择,简要介绍了基于WRF运算结果的大气校正方法。利用Terra SAR-X数据进行实验,检验了所提出方法的有效性,证明了在干涉相位解缠前进行大气校正,比在相位解缠后进行的效果更好。将所提出方法应用于多基线、多波段InSAR干涉结果融合中,实验结果表明大气校正能够有效降低误差,对于相干性较高的地区效果更好。     

基于SRTM DEM的InSAR高分辨率山区地表高程重建算法

山体的叠掩和阴影现象造成的信号去相关,一直是InSAR重建山区地表高程的瓶颈之一.为此,提出了一种新的基于粗分辨率SRTM DEM(约90m分辨率)辅助InSAR数据重建山区地表高程的方法.利用SRTM DEM模拟的干涉相位,对ERS-1/2干涉相位做去地形相位处理,得到残余相位.通过对解缠后的残余相位计算方差提取叠掩和阴影区域的噪声,并用平均相位近似恢复噪声区域的相位,然后将其转换为高程,并用SRTM DEM作高程补偿处理,从而实现地表高程重建.最后,定量比较了该方法与传统InSAR技术生成的DEM精度.实验表明,这种方法能有效提高传统InSAR技术生成地表高程的精度,这对提高星载雷达数据的使用效率具有重要意义.     

Performance analysis and design of the optimal frequency-assisted phase tracking loop

GPS Solutions - The frequency-assisted phase tracking (FAPT) is investigated extensively in comparison with the phase tracking (PT) in a Kalman filter (KF) frame to explore the role the augmented...     

相位解缠的CKF局部多项式系数递推估计法

为从含噪干涉相位数据中估计出解缠相位,本文提出相位解缠的CKF局部多项式系数递推估计法。利用基于修正矩阵束模型的局部相位梯度估计算法(AMPM)来获取多项式系数中的梯度信息,在此基础上获得局部多项式系数初始值(即状态变量初值),最后利用容积卡尔曼滤波(CKF)算法递推估计多项式系数状态估计值,从而获得解缠相位。可根据干涉图条纹密度以及相位噪声情况,分别采用逐行(或逐列)扫描方式或质量图引导策略引导容积卡尔曼滤波器解缠干涉图缠绕像元。模拟样例与实测数据试验结果表明,与其他同类方法相比,本文算法能从噪声干涉图中获得更高的解缠精度。