稳健的多基线SAR干涉相位估计

针对传统多基线合成孔径雷达干涉相位估计方法存在稳健性不高、适应性不强的问题,该文提出一种稳健的多基线合成孔径雷达干涉相位估计方法。利用最大似然频率估计准则从最短基线干涉图中提取每一复像元随基线变化频率的粗略估计值,并把提取的粗略频率通过共轭复乘补偿给相应的抽样复干涉信号,来降低抽样复干涉信号频率,避免了干涉基线间隔过大导致的抽样复干涉信号频谱混叠现象,从而克服了干涉基线间隔对长基线干涉相位估计精度的限制。实验结果表明,该方法不受干涉基线间隔的限制,能较为精确地获得长基线干涉相位估计值,对多基线干涉合成孔径雷达技术应用拓展以及高精度地理信息系统构建等具有参考价值。     

根据GPS和InSAR数据反演2001年昆仑山口西地震同震破裂分布

利用干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar, InSAR）技术可以获取空间连续的地表形变监测结果,但仅能得到真实三维形变在雷达视线方向上的一维投影,降低了地表形变解译的可靠性。全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）可提供高精度的三维形变结果,但其空间分辨率较低。因此可通过融合InSAR和GNSS来实现高精度高空间分辨率的三维地表形变监测。提出利用方差分量估计(variance component estimation, VCE)方法对经典的联合大地和卫星同步形变测量值的应变张量估计(simultaneous and integrated strain tensor estimation from geodetic and satellite deformation measurements, SISTEM)方法进行改进,发挥SISTEM方法可以考虑相邻点地表形变的空间相关性的优势,优化了函数模型中InSAR和GNSS观测的构成比例,引入VCE方法精确估计了各类观测值的后验方差,进而实现了高精度的三维地表形变测量。首先通过设计模拟实验对所提方法进行了验证,然后将该方法应用于2007年夏威夷基拉韦厄火山喷发案例中。相较于SISTEM方法,该方法在东西、南北、垂直向解算的形变精度均有大幅提升。     

InSAR用于南极测图的可行性研究

利用1996年ERS 1/2tandem方式的雷达影像数据进行了生成Grove山数字高程模型的试验研究,并与实测的DEM进行比较分析,论证了利用InSAR技术进行南极测图的可行性。试验证明,在南极研究中,InSAR是一种非常有效的手段,不仅可用于地图制图,而且在冰川动力学、冰貌环境变化等研究领域也有巨大的潜力。     

基于InSAR的西安地面沉降与地裂缝发育特征研究

西安地区长期遭受地面沉降和地裂缝灾害。采用合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术对该区域1992年至今的地面沉降和地裂缝的时空特征进行了监测。主要分3个阶段进行,在每一阶段尤其对InSAR处理过程中的干涉图滤波进行了迭代自适应处理和相位解缠进行了顾及粗差的改正,通过与同期水准和GPS监测结果比较可得InSAR精度达1cm。从3个时间段的InSAR成果可以看出在空间分布上,西安市的东郊和南郊是沉降严重的区域;从时间发育来看,最大沉降阶段发生在1996年,最大沉降量达21cm,而2006年的最大沉降量减少到8cm,且沉降中心转移到西南郊;3个阶段均探测到活动地裂缝两侧的不均匀沉降,地裂缝的南侧沉降均大于北侧。该研究将为西安地区地面沉降和地裂缝的解释和减灾提供数据支持。     

基于SAR干涉点目标分析技术的城市地表形变监测

通过深入研究干涉点目标的相位模型,提出基于空间搜索的邻近点目标干涉相位差解缠方法,用以计算点目标的地形残差和线性形变,以及分离点目标大气延迟相位和非线性形变相位的时空域滤波方法,解决干涉点目标分析中的关键问题.最后,以苏州地区地表沉降监测为应用试验,利用形成的SAR干涉点目标形变信息提取技术,获取苏州市区1992-2002年间的地表沉降信息.研究结果与已有文献记录保持比较好的一致性,证明SAR干涉点目标技术完全可以发展成为应用于城市地表形变监测的实用化技术.

Abstract：

Interferometric point target analysis (IPTA) is one of the latest developments in radar interferometric processing. It is achieved by analysis of the interferometric phases of some individual point targets, which are discrete and present temporarily stable backscattering characteristics, in long temporal series of interferometric SAR images. This paper analyzes the interferometric phase model of point targets, and then addresses two key issues within IPTA process. Firstly, a spatial searching method is proposed to unwrap the interferometric phase difference between two neighboring point targets. The height residual error and linear deformation rate of each point target can then be calculated, when a global reference point with known height correction and deformation history is chosen. Secondly, a spatial-temporal filtering scheme is proposed to further separate the atmosphere phase and nonlinear deformation phase from the residual interferometric phase. Finally, an experiment of the developed IPTA methodology is conducted over Suzhou urban area. Totally 38 ERS-1/2 SAR scenes are analyzed, and the deformation information over 3 546 point targets in the time span of 1992-2002 are generated. The IPTA-derivecl deformation shows very good agreement with the published result, which demonstrates that the IPTA technique can be developed into an operational tool to map the ground subsidence over urban area.     

InSAR DEM精度与地形特征的关系分析

为研究InSARDEM与地形特征的关系,本文以从不同空间位置获取的两幅SAR影像作为实验数据,将InSARDEM与USGSDEM进行比较,分析了InSARDEM的精度,并研究其与坡度、坡向之间的关系。结果表明,本次实验InSARDEM与USGSDEM高程差异中误差为+19.11m,其精度与地形特征强烈相关,随着坡度的增加,InSARDEM精度降低,且前坡处高程精度高于后坡。     

基于DGPS/IMU的机载InSAR系统DEM生成技术

InSAR技术是近年来在SAR基础上发展起来的一种新技术,机载InSAR系统在国外已得到广泛应用.根据InSAR测量原理,在系统中需装有高精度的DGPS/IMU系统,测量雷达天线位置和基线倾角,用于求解地面目标点高程,但如何求解目标点平面坐标研究不多.在介绍了InSAR高程求解的基础上,结合SAR成像原理,使用高精度DGPS/IMU系统获取的数据,提出了平面坐标的求解方法,并使用实际的机载InSAR数据进行了试验.结果表明,利用提出的方法可以满足其精度要求.     

利用InSAR技术定位西安活动地裂缝

根据活动地裂缝造成的形变去相干特征,分析了自适应滤波后的差分干涉图的伪相干图,并从中提取了所监测时间段的活动地裂缝的位置信息,将其与该时间段地面调查的地裂缝位置信息进行了比较。研究发现,采用伪相干图法不仅可以提取活动地裂缝的位置信息,还可以监测地裂缝的发育状况。通过与地裂缝水准对点资料比较发现,活动地裂缝区域可能是造成相位解缠粗差的区域。     

基于分数阶Fourier变换的高性能SAR成像算法

传统距离多普勒算法（RD）较低精度的SAR成像质量越来越不能满足当前实际应用的需要。为解决传统距离多普勒算法成像性能低的问题,本文提出基于分数阶Fourier变换的高性能SAR成像算法（FrFT-RD）。本文详细推导SAR距离向信号运用分数阶Fourier变换时最佳阶数的计算表达式,同时给出方位向相应的计算式。理论分析表明距离（方位）向最佳阶数均取决于SAR成像参数并具有唯一性,无须迭代运算,可极大提高FrFT-RD算法的工程实用性。根据计算得到的距离向和方位向上最优阶数,在分数阶Fourier变换域完成FrFT-RD算法的构建。机载SAR模拟数据和星载SAR实测数据测试表明,FrFT-RD算法在分辨率、峰值旁瓣比（PSLR）成像性能方面比传统RD算法均得到显著提高,其中距离向和方位向分辨率提高比值分别为45.92%和48.06%;距离向PSLR和ISLR降低幅度为1.45 dB和2.59 dB,而FrFT-RD算法在方位向PSLR和ISLR成像性能方面与传统RD算法相当。     

基于FFT的快速SAR分布目标回波模拟算法

大面积分布目标的合成孔径雷达 (SAR)回波模拟需要大量的运算 ,文中提出了一种合成孔径雷达回波模拟的快速算法 ,算法利用时域插值和FFT来缩减运算量 ,对于大面积目标回波模拟时 ,该算法有很高的效率。文中详细分析sinc函数插值所带来的误差以及补偿方法 ,并在次基础上提出了一种利用增采样插值方法 ,该方法以增加少量运算为代价 ,使得模拟精度的大幅度提高。文中比较了传统方法和基于FFT的快速SAR分布目标回波模拟算法的模拟结果 ,证明了这种快速算法确实行之有效