利用全极化SAR数据去方位向模糊的舰船目标检测方法

在SAR成像过程中,利用目标相对于雷达运动的多普勒频率进行方位向压缩来提高方位向分辨率。对于海面舰船目标,往往由于SAR发射的脉冲重复频率过低,回波信号的多普勒频率欠采样,引起高亮度的方位向模糊噪声,产生虚假目标。若直接利用传统CFAR、子孔径相干等目标检测算法,会把方位向模糊引起的虚假目标误判为舰船目标,降低了舰船目标的检测精度。针对SAR影像方位向模糊现象,提出一种利用全极化SAR数据的舰船目标检测算法,其利用H-A-Alpha分解得到的第三散射机制,结合方位向全极化子孔径相干,消除了方位向模糊噪声对舰船目标检测的影响,提高了舰船目标的目标杂波比。通过采用日本玉野Kojimawan港口附近的C波段AIRSAR全极化数据进行试验,验证了该算法能消除SAR方位向模糊,降低虚警率,提高舰船目标的检测精度。

TerraSAR-X影像直接地理定位方法研究

开展高精度直接定位算法研究对促进SAR影像的广泛应用具有重要意义。针对新型高分辨率雷达卫星TerraSAR-X影像,在无任何地面控制支持下采用距离多普勒构像模型及地球物理模型,通过线性化及最小二乘平差原理迭代求解目标点的位置矢量,并利用影像元数据文件中提供的影像四个角点和中心点的地理坐标作为控制点,消除定位结果中存在的系统误差。在利用陕西宝鸡地区的TerraSAR-X影像试验中,将其定位结果与当地1∶1万地形图上选取的控制点进行比较,获得的平均平面定位精度约±63m左右,表明该算法合理可行,具有一定的实用性。

面向西部测图困难地区稀少控制下的TerraSAR-X影像快速正射纠正

针对TerraSAR-X新型雷达卫星影像,基于距离-多普勒(R-D)模型,提出了一种稀少控制下SAR影像正射纠正的方法,并详细阐述了整个处理过程。同时,选用西部横断山脉地区和陕西阎良地区的TerraSAR-X影像作为实验数据,充分利用其高精度的头文件参数信息及5个地面控制点和DEM,分别对其进行正射纠正,阎良地区的纠正精度约为5m,横断山脉地区的纠正精度约为11m,满足了1∶5万的测图精度要求,并对二者的实验结果进行了比较分析。另外,考虑到TerraSAR-X影像数据量大的问题,本文还阐述了运用影像分块处理结合双线性内插原理加快处理大幅SAR影像正射纠正处理的方法,实验表明该方法相对逐像点对SAR影像正射纠正处理,大大提高了处理速度,从而证明了该处理过程的高效性和实用性。

一种基于全极化SAR数据广义多子视相干的海面船只目标检测方法

传统基于子视相干的检测算法,如2L-IHP(Two Looks Internal Hermitian Product)和Pol-IHP(Polarimetric Internal Hermitian Product)等,通常利用两个子视影像进行相干来检测海面弱小船只目标.但受子视影像个数的限制,无法大幅度地提高船海对比度,进而影响了检测精度.针对该问题,本文提出了一种基于全极化SAR的广义多子视相干检测算法,首先利用子视分解方法对全极化SAR数据进行处理得到多个子视全极化影像;接着,基于广义相似性参数(Generalized Similarity Parameter,GSP)定义这些子视影像间的相关矩阵和相干算子来计算相干图;然后,利用恒虚警率(Constant False Alarm Rate,CFAR)检测方法结合统计的相干图累积分布函数进行船只目标检测.通过实验,表明利用本文算法船海对比度随着子视影像个数的增加而得到大幅提高,从而减少了弱小船只目标的漏检,显著提高了船只目标检测精度.

极化SAR影像海面船只目标自动检测方法研究

我国领海广阔,海洋资源丰富,SAR影像海面船只目标检测技术对监视海运交通、非法捕鱼、监测船只非法倾倒油污、维护海洋权益及提高海防预警能力等方面具有重要意义。单极化SAR影像仅包含强度/幅度信息,而极化SAR通过不同的收发极化组合可测量获得描述观测目标的极化散射矩阵,能完全表征观测目标的极化散射特性,具有比单极化SAR信息含量高的特点。

基于多方向多源合成孔径雷达数据融合的假彩色正射影像制作

在复杂地形条件下,SAR影像几何失真大,辐射畸变突出,透视收缩、叠掩和阴影等现象严重,制约SAR测图的应用。为此,提出一套基于多方向多源SAR数据融合方法与技术流程,利用不同侧视方向、不同分辨率、多极化的SAR影像数据,融合制作信息量丰富,能够满足应用要求的SAR假彩色正射影像。采用横断山脉区域3m分辨率的TerraSAR-X单极化影像以及8m分辨率的Radarsat-2全极化影像进行融合试验,制作假彩色正射影像。该方法、技术流程和软件已应用于国家西部1∶50 000地形图空白区测图工程。

自适应阈值的视觉注意模型SAR舰船检测算法

为了解决SAR图像基于人类视觉注意模型舰船检测算法中需要人工确定经验阈值的问题,提出一种自适应阈值的视觉注意模型SAR舰船检测算法。引入最大类间方差(OTSU)法确定自适应阈值进行图像初分割,再应用视觉注意模型得到视觉显著图,最终根据显著图的统计特性进行自适应阈值分割检测出舰船目标。该算法相对于已有的视觉注意模型舰船检测算法自动化程度更高,与视觉注意模型舰船检测算法以及目前普遍使用的双参数CFAR、K-CFAR、KSW双阈值算法同时处理3种星载SAR数据——ENVISAT ASAR(25 m)、Sentinel-1(10m)和Cosmo-SkyMed(3m),进行对比分析实验,实验结果证明该算法简单、准确、高效。

大范围地表沉降时序深度学习预测法

地表沉降不仅影响社会经济的可持续发展,还威胁人类的生命安全。高精度的地表沉降预测对人类预防地质灾害具有重要意义。现有的预测方法因模型参数难以获取或相关数据的缺乏而难以得到可靠的预测结果,针对此问题,本文提出一种基于深度学习的地表沉降预测方法。首先采用多主影像相干目标小基线干涉技术MCTSB-InSAR获取大区域高精度地表形变时序反演结果;其次利用循环神经网络作为网络架构,用长短期记忆(LSTM)模型进行地表沉降特征学习;最后采用网格搜索的方法调整模型参数,进而获取最优的模型参数组合方案。实际观测结果显示,相较于现有地表沉降预测方法,本文提出的预测模型平均绝对误差(0.3 mm)至少降低了27.3%,差分沉降量平均预测精度至少提高了8.9%。空间格局分析的结果表明,LSTM模型对于大区域时序形变的短期预测是有效的。

光学图像辅助分割的极化SAR建筑物提取

针对全极化SAR数据分割时存在边缘漂移导致建筑物提取精度较低的问题,在FNEA算法基础上,提出一种光学图像辅助分形网络演化分割的极化SAR建筑物提取方法。首先基于FNEA分割方法获取与极化SAR图像相配准的光学图像中对象的初始边界信息,并利用该信息来改善极化SAR图像FNEA分割结果中存在的边缘漂移现象;在此基础上,利用Singh四分量分解提出一种基于对象占优因子的对象极化后向散射类型判定方法,从而提取出建筑物。采用国产机载X波段全极化SAR数据,并通过与其他方法的对比实验验证了该文方法的有效性。

基于斜距测量误差改正的机载SAR间接定位方法研究

基于POS/PPP技术,针对机载SAR存在斜距测量误差和航迹不稳定的特点,提出了一种利用少量控制点修正斜距测量误差的间接定位算法。同时,采用阎良测区2.5m分辨率的机载雷达P波段影像、4个控制点和分辨率为25m的光学DEM数据进行正射纠正实验,DOM的平面定位精度达到10.7m,验证了此方法的可行性。

融合卫星与地面数据研究京津冀地区弹性骨架储水系数

地下水的过量开采已经对京津冀平原地区的土层结构造成严重的破坏。本文旨在了解京津冀地区目前土层结构的健康状况,并对地下水的适宜取水位置提出建议。首先,利用GRACE-FO数据与MCTSB-InSAR技术,分别提取了2017—2019年的京津冀地区的地下水变化时序和沉降变化时序。然后,利用邻域平均方法,使得二者数据空间分辨率一致,并首次获得了京津冀地区2017、2018和2019年的弹性骨架储水系数图。最后,结合京津冀地区的地形地貌、土壤类型及各年内降雨和温度情况,对弹性骨架储水系数图进行了时空维度对比分析。研究发现,京津冀地区土层结构的平均情况正在逐渐变好,但是该地区东南方向土层结构还在继续恶化;京津冀西北地区的土层结构相对于东南地区更适合开采地下水。

一种利用邻域相对熵的SAR影像变化检测方法

为了解决传统代数计算法构造的差异图背景中含有较多噪点的问题,提高变化检测的精度,引入信息论中相对熵的概念,借助邻域处理,提出了一种基于邻域相对熵的差异图构造方法,并应用模糊局部信息C均值(fuzzy local information C-means,FLICM)非监督聚类算法,实现变化信息的自动提取。通过采用4组单极化前后时相SAR影像数据集,分析对比了不同邻域形式的相对熵差异图和传统差异图的检测性能。实验结果表明,应用该方法生成的差异影像,对噪声有着较强的鲁棒性,能够满足变化检测的需求,且在定量评价的性能指标方面表现较好。其中,基于D-邻域相对熵差异图进行变化检测的结果更加突出。

G^0和Gamma联合建模的水平集水体分割

针对传统水平集水体分割方法无法适应高分辨率SAR影像统计分布特性的问题,在影像金字塔结合水平集理论的多尺度迭代处理框架下,提出一种G^0和Gamma联合建模的多尺度水平集高分辨率SAR影像水体分割方法。该方法在金字塔顶层,考虑到水平集初始化对分割效率和性能的影响,引入快速模糊C均值聚类初始化水平集函数,然后基于G^0和Gamma联合分布对SAR影像整体综合建模和构建全局能量泛函进行能量最小化迭代分割,更好地拟合了高分辨率SAR影像的统计分布特性。最后,将得到的分割结果反演至下一层金字塔的分割,使分割结果在多尺度迭代链中不断精化,最终实现水体的精确分割。采用1m分辨率TerraSAR影像进行算法分割性能的对比实验。实验表明,该方法分割精度较高,是一种较为实用的高分辨率SAR影像水体分割方法。

SAR影像变化检测的前景特征流形排序法

SAR影像变化检测的差异图分析法存在的两个问题:①连通区域内的部分变化区域易被误判为未变化区域;②中心先验假设并不适用于检测位于SAR影像边界的变化区域。本文针对以上两个问题设计了一种超像素分割和前景特征流行排序(manifold ranking,MR)的SAR影像变化检测方法(MRSFCD)。首先,通过单像素和邻域对数比算子进行加权融合构造差异图,可以保持变化区域内部的一致性并抑制噪声干扰。其次,对差异图进行超像素分割。然后,改进超像素的无向图连接方式,不对边界四周的超像素进行连接,利用超像素分割结果和灰度信息进行三次邻接。最后,将基于前景特征流行排序后得到的显著性图与单像素对数差异图进行点乘,对其进行阈值分割得到最终的二值变化图。本文通过采用3组双时相影像进行试验。结果表明,相较于其他变化检测算法,本文方法有效地提高了变化检测的精度。

无人机与卫星影像匹配的相似性逼近算法

针对现有算法在无人机与卫星影像具有较大空间分辨率差异时存在匹配正确率不高的问题,本文提出了一种无人机与卫星影像匹配的相似性逼近算法。该方法在匹配前对无人机影像进行高斯滤波处理,提高了无人机与卫星影像的尺度相似性,并最终提高了匹配算法的正确率。试验结果表明,该算法具有较高的匹配精度,适用于无人机与卫星影像空间分辨率差异较大时无人机影像的匹配与自主定位。

利用FS-InSAR技术精细监测内蒙古新井露天矿地表形变

2023-02-22,中国内蒙古自治区新井露天矿发生大面积坍塌事故,造成重大人员伤亡。为了全面获取新井露天矿的地表形变信息及灾前形变特征,采用全散射体合成孔径雷达干涉测量(full scatterer interferometric synthetic aperture radar,FS-InSAR)技术,利用2021-09-09—2022-08-11的24期哨兵1号雷达影像,对该露天矿开展了精细化监测。结果表明,对于低相干露天矿地区,FS-InSAR技术能够获取全域精细的地表形变信息,监测点密度可达4758个/km~2;2022年2月以后,坍塌体底部开始出现加速失稳的形变异常先兆特征,南帮西侧底部形变最为严重,多处形变速率超过200 mm/a,存在较大坍塌风险。卫星InSAR技术可以全面掌握露天矿的形变空间分布及灾前时序变化特征,对于矿区安全生产具有重要意义。

各拉丹冬地区2000—2020年冰川储量变化研究

针对2000年以来各拉丹冬地区冰川消融加速的问题,利用SRTM-C DEM、ZY-3 DEM和ICESat-1激光测高数据,采用DEM差分法获得2000—2020年间的冰川高程变化。结合2000年、2009年、2015年及2020年4个时段的陆地卫星光学影像的冰雪指数提取了这4个时段的冰川面积;采用体积分方法获得较为可靠的各拉丹冬地区2000—2020年冰川储量变化,并分析了降水和气温变化对冰川储量变化的影响。结果表明:2000—2020年各拉丹冬冰川面积退缩了80.449 km2,面积变化率为9.91%,平均退缩速率为4.022 km2/a。冰川平均高程变化为-0.266 m/a,冰川储量变化为-0.26 Gt/a。2000—2020年,各拉丹冬冰川整体处于消融状态,该地区整体上气温升高、降水量减少,这可能是冰川储量减少的主要原因。

陆探一号卫星定位精度与辐射质量分析

针对目前关于陆地探测一号(LT-1)卫星的定位精度和辐射质量评价的研究尚少的问题,该文以天津地区LT-1升降轨影像各一景作为数据源,从直接定位和间接定位两个方面分析了LT-1影像的定位精度;采用动态范围、辐射分辨率和等效视数3项参数评价了LT-1的辐射质量。结果表明,LT-1直接定位存在超过70 m的整体偏移,间接定位存在超过25个像素的整体偏移。LT-1在距离向存在斜距测量的高估,方位向存在慢时间延迟。消除整体偏移后,LT-1直接定位精度提升至10.6 m,间接定位精度提升至2.4个像素。辐射质量方面,LT-1影像的动态范围在42 dB左右,辐射分辨率约3 dB,等效视数接近于1。实验表明,LT-1具有较高的几何定位精度和良好的辐射成像质量,可为自然资源遥感、数字高程模型(DEM)生成、灾害监测高精度制图提供参考。

一种基于结构函数的干涉图筛选方法

针对目前时序合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术中最常用的时空基线硬阈值法存在的干涉图筛选盲目性问题,该文通过引入结构函数,构建了两个基于缠绕干涉相位结构函数的干涉图质量判断指标,用于干涉图筛选,其相较于传统的时空基线硬阈值法能选出更多高质量的干涉图。分别利用结构函数法和时空基线硬阈值法筛选出相同数目干涉图,得到两种地表形变监测结果,并利用水准数据进行精度验证。结果表明:结构函数法得到的形变速率精度更高,其与水准观测值差值的标准差为5.58 mm/a,形变精度相较于时空基线硬阈值法提高了35.57%,结果验证了结构函数方法在干涉图筛选中的有效性。

稀少控制下TerraSAR-X影像高精度直接定位方法

基于轨道数据的星载SAR影像直接地理定位技术是解决稀少控制条件下测图处理的重要手段之一,本文基于距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)模型和地球物理模型,提出了一种由粗到精的TerraSAR影像直接地理定位方法。首先利用AIRGM算法对SAR影像目标进行粗定位,然后结合低分辨率DEM对SAR影像进行精定位,并利用陕西宝鸡地区高分辨率TerraSAR影像和SRTM数据对该算法的实用性进行了验证。结果表明,该算法可以在很大程度上提高其定位精度,能够满足该地区稀少控制条件下1∶50 000的地形图实际测图精度要求。