多星融合的土壤湿度滚动式估算模型

全球定位系统干涉反射测量(GPS-IR)是一种新的遥感技术,可用于估算近地表土壤水分含量。考虑到多卫星融合的优势和土壤湿度的时空尺度性,提出一种基于多星融合的土壤湿度最小二乘支持向量机(LS-SVM)滚动式估算模型。首先通过低阶多项式拟合分离GPS卫星直射和反射信号,进而建立反射信号正弦拟合模型,获取相对延迟相位。最后,通过线性回归模型有效分析和选取多卫星相对延迟相位,并建立基于多星融合的最小二乘支持向量机模型进行滚动式估算土壤湿度。以美国板块边界观测计划PBO提供的监测数据为例,对比分析利用单颗、多颗GPS卫星进行土壤湿度滚动式估算的可行性和有效性。经理论分析和两个测站实验表明:该模型充分发挥了LS-SVM的优势,有效综合了各卫星的性能,改善了采用单颗卫星进行土壤湿度估算时,其结果极易出现异常跳变的现象;模型只需较少的建模数据,采用滚动式能实现较长时间的估算,估算误差较为稳定;模型所估算的结果与土壤湿度实测值之间的相关系数R2以及均方根误差分别为0.942和0.962、0.072和0.032,相对于部分单一卫星至少提高了18.18%。因此,土壤湿度问题可作为非线性事件处理,采用多卫星融合估算是可行和有效的。     

时序InSAR技术探测芒康地区滑坡灾害隐患

位于中国西藏自治区东南部的芒康地区受自然条件制约和人类活动影响,近年来滑坡等地质灾害频发,对电网建设运行、交通干线通行和人民生命财产安全构成严重威胁,亟需有效技术手段对该地区分布的滑坡灾害隐患进行探测识别,从而为防灾减灾提供决策信息支持。采用小基线集（SBAS）时间序列雷达干涉测量技术,对覆盖芒康地区的历史存档ALOS PALSAR和ENVISAT ASAR数据集进行处理分析,探测发现了分布在318国道沿线和金沙江河谷的多处疑似滑坡灾害隐患点,获得了潜在滑坡形变的空间分布图和时间演化特征,证明了时序InSAR技术应用于藏东区域地质灾害调查的可行性和有效性。     

DEM数据辅助的星载SAR俯仰向数字波束形成

俯仰向数字波束形成(DBF)处理是星载合成孔径雷达(SAR)实现高分辨率宽测绘带成像的关键。然而,在处理较大地形起伏区域的回波信号时,传统俯仰向波束扫描(SCORE)方法会出现波束指向偏差问题,导致接收回波的增益降低,影响SAR系统成像性能。针对这一问题,本文详细分析了高分宽幅星载SAR系统的俯仰向DBF接收波束扫描指向问题,提出了一种基于数字高程图(DEM)的俯仰向DBF处理方法。该方法基于星载SAR成像几何模型,首先利用成像场景的DEM数据和卫星轨道参数计算距离门单元对应的地面高程值,并进一步计算距离门单元对应的目标波达角,然后根据该对应关系计算每个距离门单元的俯仰向DBF加权矢量,从而确保在俯仰向DBF处理过程中接收波束指向正确。通过X波段的星载SAR系统进行仿真实验,结果表明(1)当地面高程值大于1.9 km时,传统SCORE方法处理得到的目标信号幅度下降都超过2.8 dB,本文方法处理得到的目标信号幅度下降都小于0.4 dB,本文方法优于传统SCORE方法;(2)由DEM数据误差导致的地面目标高程偏差对本文方法影响较小。因此本文方法能够有效改善地形起伏较大区域的回波信号接收增益。     

合成孔径雷达与森林地上生物量反演：好奇和实用的平衡

好奇是科学与技术发展、不断创新的源泉,实用则是科技发展、创新的结果服务人类、回馈社会,两者无不例外共同不断地驱动着合成孔径雷达技术和森林地上生物量反演的研究和发展。在全球气候急剧变化的今天,好奇和实用的平衡则更加至关重要。地球陆地表面森林面积大小和树木生物量是估算各国或者全球碳储量、排放及其变化的重要参数。好奇已产生的成功案例表明,树木生物量的反演与全极化、极化干涉、层析合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)技术及数据集紧密相关。反思过去,兼顾好奇和实用,对地上树木生物量的反演,建议将来考虑以下4种方案,即星载双波段SAR和异速方程(Allometric Equation),星载激光雷达LiDAR(Light Detection and Ranging)和异速方程,第3个方案是前面两个方案的结合,方案4为探索和好奇性的。     

高分辨率SAR影像在海岛监视监测中的应用

高分辨率合成孔径雷达(SAR)是先进的成像微波遥感器,可全天候和全天时工作,在海岛监视监测中发挥特殊作用。文章概述高分辨率SAR的成像原理和国际应用进展,通过介绍海岛礁在高分辨率SAR影像上的表现,直观展示高分辨率SAR在小海岛识别和海岛开发工程监视监测等方面的应用,尤其提出利用SAR影像特征区分小海岛和船只的方法,同时提出将高分辨率SAR影像与中分辨率光学影像相结合的应用建议,助力我国海岛保护管理和监视监测工作。     

台风中降雨对中国高分3号合成孔径雷达观测信号的影响

Gaofen-3(GF-3), a Chinese civil synthetic aperture radar(SAR) at C-band, has operated since August 2016.Remarkably, several typhoons have been captured by GF-3 around the China Seas over its last two-year mission.In this study, six images acquired in Global Observation(GLO) and Wide ScanSAR(WSC) modes at verticalvertical(VV) polarization channel are discussed. This work focuses on investigating the observation of rainfall using GF-3 SAR. These images were collocated with winds from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF), significant wave height simulated from the WAVEWATCH-III(WW3) model, sea surface currents from climate forecast system version 2(CFSv2) of the National Centers for Environmental Prediction(NCEP) and rain rate data from the Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) satellite. Sea surface roughness,was compared with the normalized radar cross section(NRCS) from SAR observations, and indicated a 0.8 correlation(COR). We analyzed the dependences of the difference between model-simulated NRCS and SARmeasured NRCS on the TRMM rain rate and WW3-simulated significant wave height. It was found that the effects of rain on SAR damps the radar signal at incidence angles ranging from 15° to 30°, while it enhances the radar signal at incidence angles ranging from 30° to 45° and incidence angles smaller than 10°. This behavior is consistent with previous studies and an algorithm for rain rate retrieval is anticipated for GF-3 SAR.     

基于理论的气旋条件下双极化C波段合成孔径雷达波参数检测

Theoretical-based ocean wave retrieval algorithms are applied by inverting a synthetic aperture radar(SAR)intensity spectrum into a wave spectrum, that has been developed based on a SAR wave mapping mechanism. In our previous studies, it was shown that the wave retrieval algorithm, named the parameterized first-guess spectrum method(PFSM), works for C-band and X-band SAR at low to moderate sea states. In this work, we investigate the performance of the PFSM algorithm when it is applied for dual-polarization c-band sentinel-1(S-1) SAR acquired in extra wide-swath(EW) and interferometric wide-swath(IW) mode under cyclonic conditions.Strong winds are retrieved from six vertical-horizontal(VH) polarization S-1 SAR images using the c-band crosspolarization coupled-parameters ocean(C-3 PO) model and then wave parameters are obtained from the image at the vertical-vertical(VV) polarization channel. significant wave height(SWH) and mean wave period(MWP) are compared with simulations from the WAVEWATCH-III(WW3) model. The validation shows a 0.69 m root mean square error(RMSE) of SWH with a –0.01 m bias and a 0.62 s RMSE of MWP with a –0.17 s bias. Although the PFSM algorithm relies on a good quality SAR spectrum, this study confirms the applicability for wave retrieval from an S-1 SAR image. Moreover, it is found that the retrieved results have less accuracy on the right sector of cyclone eyes where swell directly affects strong wind-sea, while the PFSM algorithm works well on the left and rear sectors of cyclone eyes where the interaction of wind-sea and swell is relatively poor.     

复合雷达后向散射模型与合成孔径雷达、散射计和高度计海面雷达后向散射观测的比较分析

海洋微波散射模型相比于以经验统计建立的地球物理模式函数具有不受特定微波频率限制的优势。组合布拉格散射模型和几何光学模型形成了复合雷达后向散射模型。利用南海北部气象浮标2014年海面风速风向实测值作为散射模型输入,分别比较了复合雷达后向散射模型与RADARSAT-2卫星C波段SAR、HY-2A卫星Ku波段微波散射计的海面后向散射系数,偏差分别为(?0.22±1.88) dB (SAR)、(0.33±2.71) dB (散射计VV极化）和(?1.35±2.88) dB (散射计HH极化);以美国浮标数据中心(NDBC)浮标2011年10月1日至2014年9月30日共3年的海面风速、风向实测值作为散射模型输入,分别比较了复合雷达后向散射模型与Jason-2、HY-2A卫星Ku波段高度计海面后向散射系数,偏差分别为(1.01±1.15) dB和(1.12±1.29) dB。中等入射角和垂直入射下的卫星传感器后向散射系数观测值与复合雷达后向散射模型模拟值比较,具有不同的偏差,但具有相同的海面风速检验精度,均方根误差小于1.71 m/s。结果表明,复合雷达后向散射模型可模拟计算星载SAR、散射计和高度计观测条件下的海面雷达后向散射系数,且与CMOD5、NSCAT-2、高度计业务化海面风速反演的地球物理模式函数的计算结果具有一致性;复合雷达后向散射模型可用于微波遥感器的定标与检验、海面雷达后向散射的模拟。     

基于Hough变换的DInSAR环状地表形变区自动提取

针对当前DInSAR地表形变区检测依赖于人工的现状,提出基于Hough变换的环状地表形变区自动提取方法。该方法在外部DEM的辅助下,由干涉数据获取去地形效应的差分干涉图,在对差分干涉图进行边缘提取的基础上,利用Hough变换实现环状地表形变区的自动提取。采用青海门源震区Sentinel-1A数据和山东济宁矿区ALOS PALSAR数据分别进行环状地表形变区自动提取实验,验证了本文方法的有效性。     

基于Sentinel-1数据监测临汾盆地地表形

基于以往研究,使用12景影像形成67个干涉图,并利用stacking技术获取临汾盆地2015~2016年形变速率。结果显示,沉降区域主要分布在罗云山断裂带和峨眉-紫金山断裂带之间,中心区域沉降速率超过40 mm/a,与地下水的等高线分布较为相似,地表形变是地下水抽取和断裂带的联合作用。