基于配准偏移量的InSAR基线估计

根据SAR干涉测量原理,以配准偏移量为观测值,采用非线性最小二乘迭代法对干涉对的基线进行估计,并以ENVISAT卫星在西藏地区获取的两景SAR数据为例,对此基线估计算法进行实验验证。结果表明,该算法能有效地估计基线,减小轨道不精确带来的误差,在一定程度上提高InSAR生成DEM的精度。     

基于快速傅立叶变换的干涉SAR基线估计

首先论述干涉SAR初始基线估计的基本原理；接着对用2维快速傅立叶变换（FFT）功率谱进行干涉SAR初始基线估计的具体算法进行了详细阐述；最后，基于1994年10月9日和10日的SIR－C L波段单视复雷达数据，用该算法进行了干涉SAR初始基线的垂直分量估计，并结合用航天飞机轨道数据得到的初始基线平行分量估计值进行去平地相位的试验。将结果与只用航天飞机轨道数据得到的初始基线进行去平地相位的结果及本区域的地形图进行比较分析。     

基线抖动对干涉SAR 相位的影响

提出并分析了基线抖动造成的干涉SAR 相位误差模型。基于干涉SAR 基线抖动模型, 分为水平抖动和 垂直抖动, 推导了存在基线抖动情况下辅天线复图像信号模型及基线抖动带来的干涉相位误差公式, 分析了基线 抖动对成像质量和干涉相位的影响, 针对SRTM 系统进行了计算机仿真。通过基于基线抖动的干涉SAR 原始回波 数据计算, 仿真了点目标和面目标场景的回波信号, 并进行成像得到了复图像和干涉条纹, 仿真结果验证了理论分 析的正确性。     

车载双天线干涉SAR DEM提取方法

相对于星载和机载SAR而言,使用车载SAR数据提取DEM可有效缩短DEM数据更新周期,降低成本。由于车载SAR平台结构可变,干涉定标需要重复进行,本文提出了基于单控制点的车载双天线干涉SAR的DEM提取方法。该方法基于单个控制点的精确坐标信息进行相位、斜距和高程改正,并实现高程的迭代求解,无需布设大量控制点进行干涉定标,有效简化外业工作。仿真试验证明：当基线长度估计达到毫米级精度,基线倾角估计也达到较高的精度时,可保证该方法较高的DEM提取精度。利用2018年在湖北武汉地区获取的车载双天线干涉SAR数据使用该方法和基于干涉定标的多控制点方法进行DEM提取对比试验,结果表明该方法在检查点的高程中误差为0.301 8 m,多控制点方法为0.258 4 m,在高相干区域,两种方法的DEM结果具有高度的统一性。     

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。     

相对轨道根数的重轨InSAR卫星基线分析与控制

星载重轨干涉SAR卫星在高程测绘和形变测量中有着全天时全天候和大范围的优势,其中干涉基线是决定干涉性能的重要指标,而卫星重访轨道对干涉基线起着决定性的作用。通过对现有高分三号干涉数据轨道参数的分析,发现干涉基线相比国外先进卫星过长且稳定性有待提高。本文通过对相对轨道根数和机动控制的分析,得到满足重轨干涉SAR系统要求的稳定基线。以第一次观测的轨道为参考轨道,基于在摄动情况下重复观测轨道与参考轨道的相对轨道根数,计算得到重轨干涉基线的变化规律,并对不同纬度的观测目标进行了样例分析。在基线变化规律的基础上,利用机动速度和相对轨道根数的关系,进一步计算得到满足基线状态需求的机动控制方法。通过实际数据分析,给出了相对轨道根数变化对初始理想构型的影响,验证了重轨干涉基线变化规律符合本文的分析,并利用仿真样例给出了使得重轨干涉基线达到预期要求的机动控制方案。实际数据和仿真实验表明该模型能够通过可长时间观测并准确获得的轨道根数直接计算基线状态,并能从干涉基线需求出发,快速准确的得出对卫星的控制策略。     

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。     

一种基于多基线组合频率估计的相位展开方法

提出一种新的多基线干涉SAR相位估计方法。该方法选取适当的基线组合,用最大似然估计器提取每一复像元（随基线变化的）频率,在展开最短基线干涉相位基础上,最终获得长基线干涉相位估计值。该方法简单有效,且不需要进行大量的迭代运算;甚至当最短基线较短时,不需要进行干涉相位展开。仿真数据处理结果验证了本文方法的有效性。     

InSAR基线对干涉图的影响分析

基于InSAR技术的基本原理,在h=0处进行了泰勒级数展开,推导了干涉相位组成。根据干涉相位组成论证了基线对影像相干性、高度灵敏度、平地效应及干涉SAR系统距离分辨率等的影响,利用数据进行了仿真实验,指出了基线长度对干涉图的影响程度,对合理选择干涉像对具有指导意义。     

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。     

使用ERS-1/2干涉测量SAR数据生成DEM

干涉合成孔径雷达（ＩＮＳＡＲ）数据已被证明能生产精确的数据高程模型（ＤＥＭ），我们已开发了从单视ＳＡＲ复影像数据自动生成数字高程模型的新软件，基于ＳＡＲ多视强度影像的最小二乘曩像匹配被用于复影像对的配准，达到很高的配准精度（０．０１～０．０５像元精度）。一种新的计算目标点３维坐标（Ｘ，Ｙ，Ｚ）的方程还被提出，卫星轨道，姿态和基线参数以及相位常数被纳入在方程中并被表示了时间的线性函数，利用至少６个地面控制点能够同时估算这些参数，本文还给出了意大利埃特地区ＥＲＳ－１／２ＳＡＲ数据处理结果。     

基于Kalman滤波的InSAR基线估计方法

针对目前SAR干涉测量中基线估计现存的问题,提出了利用Kalman滤波和配准参数进行基线估计的方法.所提出的方法具有不需地面控制点、不受地形限制和不依赖于轨道参数等优点,并可以估计时变的基线参数.利用南京地区的ERS-1/2 tandem数据进行了试验研究,并对提出的方法进行了验证.结果表明,在精确的卫星轨道数据和地面控制点不能获取时,所提出的方法仍能有效地估计InSAR基线.这在一定程度上补偿了轨道偏移带来的误差,为获取高精度的DEM奠定了基础.     

基于酉ESPRIT算法的极化干涉相位估计

目前SAR极化干涉测量地形参数已经成为一种新兴的前沿技术。在现有提取极化干涉相位的技术中,由空间谱估计理论发展而来的,利用MUSIC、TLS-ESPRIT算法获取干涉相位信息的方法正逐步完善起来。但由于SAR信号存在散射点的观测数据少的问题,利用上述方法往往不能得到更高精度的干涉相位。作者提出的基于酉ESPRIT算法估算干涉相位的方法,充分利用了复观测数据以及共轭数据中的信息,使得观测数据等效增加了一倍,从而提高了植被高度参数的估计精度。本文详细阐述了该方法的原理和实施步骤,并通过对SIR-C/X-SAR的L波段实际数据进行验证处理,表明酉ESPRIT算法十分有效。     

干涉SAR相位解缠中的枝切策略分析

二维相位解缠是合成孔径雷达干涉测量数据处理中的关键步骤和难点,通过对现有相位枝切解缠算法的枝切连接策略进行分析,并结合最小生成树的原理,提出了一种最优最小生成树相位解缠的方法,很大程度地减少了以往方法中造成地枝切线过多、过长、闭合等弊病的发生,阻止了由于枝切线设置错误所引起的误差传播,既保持了枝切法速度快的特点,又优化了算法。通过几种方案的对比实验,说明该方法能提高相位解缠精度。     

Interferometric Baseline Performance Estimations for Multistatic Synthetic Aperture Radar Configurations Derived from GRACE GPS Observations

Recent studies have demonstrated the usefulness of global positioning system (GPS) receivers for relative positioning of formation-flying satellites using dual-frequency carrier-phase observations. The accurate determination of distances or baselines between satellites flying in formation can provide significant benefits to a wide area of geodetic studies. For spaceborne radar interferometry in particular, such measurements will improve the accuracy of interferometric products such as digital elevation models (DEM) or surface deformation maps. The aim of this study is to analyze the impact of relative position errors on the interferometric baseline performance of multistatic synthetic aperture radar (SAR) satellites flying in such a formation. Based on accuracy results obtained from differential GPS (DGPS) observations between the twin gravity recovery and climate experiment (GRACE) satellites, baseline uncertainties are derived for three interferometric scenarios of a dedicated SAR mission. For cross-track interferometry in a bistatic operational mode, a mean 2D baseline error (1σ) of 1.4 mm is derived, whereas baseline estimates necessary for a monostatic acquisition mode with a 50 km along-track separation reveal a 2D uncertainty of approximately 1.7 mm. Absolute orbit solutions based on reduced dynamic orbit determination techniques using GRACE GPS code and carrier-phase data allows a repeat-pass baseline estimation with an accuracy down to 4 cm (2D 1σ). To assess the accuracy with respect to quality requirements of high-resolution DEMs, topographic height errors are derived from the estimated baseline uncertainties. Taking the monostatic pursuit flight configuration as the worst case for baseline performance, the analysis reveals that the induced low-frequency modulation (height bias) fulfills the relative vertical accuracy requirement (σ<1 m linear point-to-point error) according to the digital terrain elevation data level 3 (DTED-3) specifications for most of the baseline constellations. The use of a GPS-based reduced dynamic orbit determination technique improves the baseline performance for repeat-pass interferometry. The problem of fulfilling the DTED-3 horizontal accuracy requirements is still an issue to be investigated. DGPS can be used as an operational navigation tool for high-precision baseline estimation if a geodetic-grade dual-frequency spaceborne GPS receiver is assumed to be the primary instrument onboard the SAR satellites. The possibility of using only single-frequency receivers, however, requires further research effort.Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) research fellow until Sept. 2004 at the Microwaves and Radar Institute, Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V., 82234 Weßling, Germany     

利用车载双天线InSAR系统监测公路边坡形变

星载差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar,DInSAR)技术已经广泛应用于大范围的地表形变监测,但星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据获取的地表形变易受大气噪声的影响,且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响,提出了利用零空间基线的车载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时,通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零,从而使得利用DInSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程,极大地简化了差分干涉处理的流程。以中国湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例,使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析,得到形变值均方根误差为2.206 mm。     

Maximum-likelihood estimation for multi-aspect multi-baseline SAR interferometry of urban areas

The reconstruction of digital surface models (DSMs) of urban areas from interferometric synthetic aperture radar (SAR) data is a challenging task. In particular the SAR inherent layover and shadowing effects need to be coped with by sophisticated processing strategies. In this paper, a maximum-likelihood estimation procedure for the reconstruction of DSMs from multi-aspect multi-baseline InSAR imagery is proposed. In this framework, redundant as well as contradicting observations are exploited in a statistically optimal way. The presented method, which is especially suited for single-pass SAR interferometers, is examined using test data consisting of experimental airborne millimeterwave SAR imagery. The achievable accuracy is evaluated by comparison to LiDAR-derived reference data. It is shown that the proposed estimation procedure performs better than a comparable non-statistical reconstruction method.     

星载InSAR在地形测绘中的误差来源分析

合成孔径雷达干涉（InSAR）技术是最有效的测图手段之一,然而InSAR地形测绘过程中极易受到各类误差的影响。本文探讨了国产SAR卫星无法业务化干涉的主要原因,并从卫星的干涉几何出发,研究了InSAR在地形测绘中的误差来源,研究表明,主星定轨误差、斜距测量误差、基线测量误差以及相位误差是地形测绘中的一级误差源。最终对一级误差带来的高程误差进行了定量分析,并对部分一级误差进行了分解,定位了二级误差源。