L波段差分干涉SAR卫星严格回归轨道优化设计方法

相比于传统SAR卫星应用方向,我国第一代L波段差分干涉SAR卫星主要用于实现全球精准地表形变测量。为了达到重轨差分干涉优于5 cm的形变测量指标,首先需要解决卫星空间基准轨道高精度回归的工程难题。对此,本文提出一种严格回归轨道优化设计方法,通过地球重力场阶数需求分析建立卫星高阶动力学模型,将J4摄动下修正的太阳同步回归轨道参数作为优化算法初值,以卫星WGS-84坐标系位置、速度回归精度满足收敛阈值为目标,利用启发式多目标进化算法开展轨道参数寻优。仿真试验表明,寻优结果回归精度可达厘米级,优于既定工程指标,并且本文方法有效性和正确性已经过L波段差分干涉SAR卫星在轨验证。

L波段差分干涉SAR卫星在轨应用关键参数测试分析

经过一年多的在轨测试,我国第一组民用差分干涉SAR卫星,L波段差分干涉SAR(也称“陆探一号”)经过了各系统联合调整,已经具备了较好的在轨运行条件。本文对部分在轨应用关键参数进行了测试分析。测试结果表明,卫星的长期平面定位精度优于3.9 m。河南省及江苏省的检校和验证数据表明,检校前、检校后以及平差后的DSM中误差分别优于13.2、6.3、2.9 m。卫星具有3种形变产品,即差分干涉技术获取的形变场、不计高程改正误差参数估计的初级多时相回归堆叠技术获取的低精度形变速率场,以及顾及高程改正误差参数估计的精细多时相回归技术获取的高精度形变速率场与形变累计序列。山西省大同市的形变场产品与同期水准对比表明,三者的中误差分别优于2.7 mm、8.6 mm/a、3.7 mm。同时本文进行了严格回归轨道控制半径的测试,测试结果表明,90%的值小于323 m。本文同时进行了相干性的评估,在不考虑时间相干性的前提下,整体相干性优于0.7。在轨测试结果表明,陆探一号卫星已经具备了较好的运行条件,可提供给各用户开展广泛应用。

陆地探测一号干涉SAR系统技术专题征文通知

为及时总结陆地探测一号干涉SAR系统技术的研究现状和最新进展,并促进和引导我国在该领域的进一步发展,《雷达学报》拟在2024年下半年出版“陆地探测一号干涉SAR系统技术”专题。专题主编为中国科学院空天信息创新研究院王宇研究员、上海卫星工程研究所陈筠力研究员、中国科学院空天信息创新研究院刘开雨正高级工程师、南京电子技术研究所孙红兵正高级工程师。现公开征集专题论文,诚挚欢迎国内外专家学者积极投稿,具体征文事项如下。

极化干涉SAR的研究现状与启示

阐述极化与干涉结合的基本考虑,介绍极化干涉SAR相干最优和相干目标分解的基本思想,总结分析极化干涉SAR技术、典型星载极化SAR系统研制和极化干涉SAR应用的研究现状,以得到开展极化干涉SAR技术研究的启示。

结合KSTEST统计检验方法的联合像素时序干涉SAR处理技术

联合像素干涉SAR处理技术属于第二代时序干涉SAR技术,技术流程分为3步:联合像素信号模型建立,拟合优度检验,空域自适应滤波。本文在一维KSTEST统计检验方法基础上,提出了基于多维联合像素的非参数拟合优度检验方法,利用实测数据将该方法与传统的多时相干涉SAR技术结果对比,使形变监测点空间密度得到有效提升,形变监测能力得到进一步提高。

噪声条件下的干涉SAR相位解缠

为了获得更为精确的相位解缠结果 ,利用经验模态分解算法对干涉相位图进行了噪声抑制 ,随后用Flynn最小不连续算法对滤波结果进行了相位解缠。对比中值滤波和G .Bo自适应滤波算法 ,以及预处理共轭梯度相位解缠算法的结果证明 ,经验模态分解滤波不仅能有效地抑制噪声 ,而且可以保持相位的细节信息和相位条纹的边缘信息 ,同时表明 ,在噪声条件下 ,Flynn相位解缠算法可以获得更为精确的真实相位。

基于ESPRIT算法的极化干涉SAR植被高度反演研究

由于存在着去相干分量,利用ESPRIT(旋转不变技术)算法对植被区域的极化干涉SAR(PolInSAR)数据进行反演的结果有较严重偏差。针对这一问题,结合极化干涉相干最优理论及其物理散射机制,引入新的散射矢量——相干最优化散射矢量,提出一种改进的基于ESPRIT的植被高度反算法。最后,利用欧空局(ESA)提供的模拟L波段全极化干涉数据对改进算法的有效性进行验证,试验结果证明改进算法能很大程度地提高反演的精度。

国外编队飞行干涉SAR卫星系统发展综述

首先简述了"干涉车轮"(Cartwheel)干涉SAR星座计划的基本情况,继而针对德国X频段陆地合成孔径雷达-附加数字高程测量(TanDEM-X)编队干涉SAR系统的性能指标要求、工作模式、系统实现、在轨运行应用情况进行了介绍。重点针对TanDEM-X的基线测量、星间同步和自主编队控制3项关键技术采取的技术途径和达到的性能指标进行了深入调研分析,并针对其中值得改进的时间同步方法提出了具体的改进措施,最后,从系统总体设计和关键技术两方面归纳了对其他类似系统研制的启示。

利用ERS-1/2重轨干涉SAR数据提取DEM及其精度分析

介绍了重轨干涉 SAR数据的图像配准、干涉图生成、基线估计及 DEM生成的原理 ,利用 1996年获取的西藏玛尼地区的ERS-1/2串行干涉 SAR数据提取了 DEM。并选控制点计算了所获得的 DEM的误差。最后对影响 DEM精度的各种因素进行了分析。

多基线干涉SAR测量技术发展与趋势分析

本文针对多基线干涉合成孔径雷达新型对地观测技术,综合分析了其发展历史、应用范围、以及多基线干涉SAR(合成孔径雷达)系统现状.同时,对多基线干涉SAR测量技术数据处理关键技术等方面的研究进展,以及在测绘、海洋、建筑物监测、水文、地面沉降监测等领域的应用潜力进行了研究与阐述.最后针对地形测量应用领域,着重论述了其相关研究热点及未来发展趋势,并初步分析了部分尚待解决的问题.

基于功率和相位联合估计TLS-ESPRIT算法的极化干涉SAR数据分析

在推导各散射信号功率计算方法的基础上,提出基于功率和干涉相位联合估计的TLS-ESPRIT方法。因为干涉图像中的各主散射波和干涉相位能被分别估计,所以该算法可以利用同一分辨单元中不同散射机制后向散射信号功率的不同,将干涉相位分类实现散射中心分离。该方法通过提取两个占优势的相位得到两个高度,从而分别检测出森林的植被层和地表,特别是当散射波不相关并有不同的极化特性时,该方法有较好的性能,从而提高植被高度参数的估计精度。详细阐述该方法的原理和实施步骤,并通过对SIR-C/X-SAR的L波段实际数据进行分析处理,验证算法的有效性。

星载干涉SAR中的基线问题

基线在星载干涉SAR的系统设计和数据处理中起着非常重要的作用 .本文比较全面地阐述了空间基线在星载干涉SAR中的作用 .特别分析了星载干涉SAR中空间基线对SAR图像相关性、地距分辨率以及干涉SAR数据处理中的距离向平地效应和多视平均处理的影响 .讨论了星载干涉SAR空间基线的设计问题 ,推导了空间最优基线的确定公式 .最后进行了计算机仿真 ,仿真结果表明分析正确 .

多基线干涉SAR的相位估计

利用多基线干涉SAR能够获得优于单基线干涉SAR的地形高程图。提出一种多基线干涉SAR的相位估计方法。该方法首先对不同长短的基线对应的两幅复图像进行单基线干涉,得到条纹疏密程度不同的单基线干涉相位图;然后根据短基线和长基线的关系,估计出长基线对应的干涉相位被2π模糊的倍数;最后根据长基线对应的干涉相位的主值和估计出来的模糊倍数恢复出长基线对应的干涉相位。分析了长短基线对应的干涉相位之间的关系,以及对应的干涉相位主值之间的关系;论证了去平地前后该方法的适用性;给出了多基线干涉相位估计方法的实现过程,并用计算机进行仿真,结果验证了该方法简单易行并且有效。

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。

POS数据在机载干涉SAR运动补偿中的应用

提出了一种利用高精度的定位定向系统(POS)数据,在SAR成像阶段实现机载干涉SAR运动补偿及图像配准的成像处理方法。该方法针对机载干涉SAR系统的双天线雷达数据对的特点,在成像阶段直接利用高精度的POS数据完成干涉SAR图像对的位置误差补偿、干涉相位误差补偿以及自动配准等过程。实际处理结果表明,该方法可以有效地提高机载干涉SAR的图像质量,改善复图像对之间的相干性,非常适用于机载双天线干涉SAR雷达数据的成像处理过程。

分布式星载干涉SAR基线设计与性能分析

基于线性化开普勒方程给出了分布式SAR卫星的轨道要素计算公式 ,分析了分布式星载干涉SAR的高程测量精度、速度测量精度以及改善空间分辨率的性能指标 ,建立了分布式SAR卫星的空间几何模型 ,结合编队构形设计进行了极限基线分析 ;在此基础上提出了一种通用的三维编队飞行分布式星载干涉SAR基线设计方法 .基于L波段分布式SAR卫星进行了编队轨道参数设计 ,给出了干涉基线的仿真结果 。

一种改进的基于DEM的机载重轨干涉SAR运动补偿算法

该文研究了基于DEM(Digital Elevation Model)的高精度重轨干涉SAR运动补偿算法。分析了平地假设及波束中心近似造成的残余运动误差的影响,表明对重轨干涉SAR系统进行基于DEM的高精度运动补偿的必要性。分析了对外部DEM数据精度要求,指出利用低精度DEM数据进行精确运动补偿获取高精度DEM数据的可行性。针对现有基于DEM运动补偿算法的不足提出改进算法。该算法根据载机轨迹偏移和地形起伏自动调节参数,可实现精确且高效的运动补偿。对X波段重轨干涉SAR数据进行运动补偿处理,验证了该算法的有效性及其在精度和效率两方面相比于现有算法的优势。

TanDEM-X干涉SAR森林高度反演研究现状

森林高度是自然资源调查过程中一个重要的林业指标。近年来,陆续发展的干涉SAR(InSAR)、极化干涉SAR(PolInSAR)技术,已被视为大范围森林高度反演的最优候选技术之一。TanDEM-X InSAR数据因其不受时间去相干的影响且拥有合适的干涉基线配置,在大范围的森林高度反演中具有重要应用潜质。首先系统总结了目前基于TanDEM-X干涉SAR数据反演森林高度的模型和算法,并在此基础之上,对TanDEM-X反演森林高度的问题和发展趋势进行分析,旨在为大范围森林高度反演提供参考。

基于简缩极化干涉SAR数据的森林垂直参数反演

森林区域竖直结构参数的反演是极化干涉雷达的一个重要应用,基于RVo G模型,运用全极化干涉数据可成功获得森林区域的地形估计及树高反演。该文将基于单基线简缩极化干涉SAR(C-Pol In SAR)数据对森林区域进行林下地形估计及树高反演。推导单基线简缩极化干涉相干系数及相干区域,根据相干区域进行直线拟合,提出简缩极化干涉数据下的地形相位判别准则及体散射去相干估计方法,然后完成树高反演。通过L,P波段仿真数据以及实测机载数据对上述方法进行验证,获得正确地形及树高。简缩极化发射波极化状态不唯一,因此该文详细分析不同参数的椭圆极化对地形及树高等参数估计的影响,研究表明地形树高受椭圆极化波影响较小,也验证了估计方法的稳定性。

TanDEM-X极化干涉SAR森林冠层高度反演

森林树高是反映森林蓄积量、生物量、碳储量和立地质量的关键指标。极化干涉SAR技术是森林树高估测的有效手段之一,但数据获取及数据质量一直是极化干涉SAR树高反演研究的主要制约因素。以云南省勐腊县为实验区,基于德国DLR提供的双站模式Tan DEM-X Co SSC全极化干涉数据,采用三阶段算法、以及两种结合极化干涉优化的相位差分-相干幅度法反演了实验区的森林冠层高度。结果表明:三阶段算法的反演结果数值相对合理,与二类调查数据的空间分布格局相似;相位差分-相干幅度法的反演结果在林区出现部分负值,而在非林区却反演出冠层高度、且呈现条纹状,反演结果与二类调查数据的空间分布差异较大、相关性低。因此,三阶段算法结合双站模式的Tan DEM-X全极化干涉数据,能够在实际树高估测反演中发挥作用,为辅助森林资源调查工作提供了新手段。