分布式散射体相位估计奇异值分解法

常规的分布式散射体(DS)相位估计方法需要生成全组合干涉对以构建样本协方差矩阵(SCM),然后根据SCM的统计特性估计DS相位,这一过程不但计算耗时,而且占据大量存储空间。本文提出了一种基于奇异值分解技术的DS相位快速估计方法(SVDI)。该方法分析的对象是单主影像干涉对组成的干涉相位矩阵而非全组合干涉对组成的SCM,因而可以有效提高计算效率、节省存储空间。并且,理论上证明了在一定条件下SVDI的结果与常规的特征值分解方法(EVD)是一致的。模拟数据和真实SAR数据的结果表明,SVDI算法有更高的计算效率,并且其相位估计精度以及形变解算精度与常规算法是一致的。

带散射体的电力系统多级传输线高频耦合模型

高频电磁场会与架空输电线路产生耦合,一旦高频电磁场的波长小于传输线的高度,经典传输线理论就不再适用。传统的全波数值算法虽然可以解决这一问题,但求解效率不高,需要消耗大量的时间与计算资源。此外,电力系统输电线路往往有多个垂直端,线路布局复杂,而以往针对电力系统传输线的高效求解研究都是只有左右两个垂直端的较为简单的模型,与实际电力系统传输线的结构不符,没有考虑中间带有垂直端的情况。为了解决这些问题,文中提出一种理论有效的方法来解决有损耗地面上方带有散射体的电力系统多级传输线的高频电磁场耦合问题。采用计算效率高的渐近法,并在渐近法中引入散射体的概念,以考虑更复杂的电路结构。最后通过数值算例验证了该方法的准确性和有效性。

基于BiLSTM-CNN的地基SAR永久散射体选取

针对地基合成孔径雷达(SAR)形变测量中,常规永久散射体(PS)选取方法在时间欠相干复杂场景下,PS选取数量、质量难以满足形变测量需求的问题。提出了一种基于双向长短期记忆-卷积神经网络(BiLSTM-CNN)的PS选取方法,该方法采用幅度离差与幅度联合选取正、负样本构建训练数据集,并把干涉相位、幅度差分与相关系数作为数据集的时序特征,然后利用BiLSTM和多尺度CNN分别学习PS全局时序特征及局部时序特征,再通过多头自注意力机制(MHSA)对全局和局部时序特征进行加权融合学习,最后进行特征概率映射以构建PS分类模型。利用重庆市万州区九道拐雷达监测数据对所提方法性能进行实验分析,结果表明该方法改善了网络准确度、F1分数、召回率、精确度等指标,提高了雷达图像PS选取数量及质量。

分布式散射体雷达干涉相位信息处理方法研究

时序合成孔径雷达干涉测量(time series interferometric synthetic aperture radar,TSInSAR)技术,凭借其全天时、全天候、高分辨率、广覆盖的优势,在形变监测领域展现出极大的发展潜力。然而,永久性散射体(persistent scatterer,PS)在没有典型地物的山区、荒原等非人工地表区域分布十分稀疏,致使其无法有效获取地表形变信息。针对以上问题,论文开展了基于分布式散射体(distributed scatterer,DS)的TSInSAR技术研究,并对其相位信息处理方法的优化策略展开详细研究,以提高形变场信息反演的丰富度及监测精度。主要研究成果如下。

顶角设置QRD散射体的混响室内场均匀性分析

提出了混响室内设置散射体的一种新方法。用FDTD方法对该结构混响室内的场进行了仿真分析,并与无搅拌器及散射体结构的混响室内的场均匀性、散射体位于混响室内6个壁面时混响室内的场均匀性进行了分析比较。结果表明:本文所提出的8个顶角处均设置QRD散射体的方法可有效提高混响室内的场均匀性,实现了进一步提高混响室内场均匀性的目的。

PSDInSAR的永久散射体时序选择方法

已有永久散射体(PS)识别技术均侧重于利用时序数据集的统计特性,而没有考虑到数据集的时序特性,这样的处理方式势必带来时序信息的浪费,造成部分PS点的漏选。该文重点关注一种永久散射体具有较好的相位稳定度但却在整个监测时间内不连续,称这种PS点为类永久散射体点。文中对类永久散射体的概念及特征进行了详细描述,利用仿真实验分析了类永久散射体应用的可行性,根据类永久散射体特性对其进行了有效选择,形成一种新的永久散射体选择方法——时序选择法。同时对时序选择法以天津地区Envisat ASAR影像数据进行实验验证。通过类永久散射体的选择,PS点数量提高了、不均匀分布特性得到改善,同时保证了其较高的相干性。

基于多卫星平台永久散射体雷达干涉提取三维地表形变速度场

永久散射体雷达干涉(PSI)技术及其应用于区域地表形变监测已成为雷达遥感领域的研究热点之一.使用单一卫星平台所获取的单侧视SAR影像时间序列进行PSI分析,仅能获取沿雷达视线(LOS)方向的一维地表位移信息.本文提出了基于多平台永久散射体雷达干涉提取三维地表形变速度场的模型与算法,其基本策略是:首先针对每一卫星平台的SAR影像时间序列进行PSI分析,并计算各地面目标沿LOS向的位移速度值,然后联合各平台所对应的LOS向位移速度值进行建模,并基于最小二乘方法解算各地面目标的三维位移速度分量.实验选取天津市西北部作为测试区,使用2007—2010年所获取的39幅TerraSAR-X影像、23幅ENVISAT ASAR影像和16幅ALOS PALSAR影像进行分析,经联合解算得到了该测试区域的垂直位移速度场以及南北向和东西向水平位移速度分量.与地面水准和已有GPS观测结果对比分析表明:多平台PSI的垂直位移速度场精度可达毫米级,而其水平位移速度分量与已有GPS结果基本一致.多平台PSI分析无需引入任何外部形变参考信息,便可以实现形变场的偏差校准和三维形变场的恢复.

干涉雷达永久散射体自动探测——算法与实验结果

基于理论与模拟实验分析，提出并实现“双重阈值”PS自动探测算法，即时序相关系数阈值法和振幅离差指数阈值法相结合，达到PS自动探测时间效率与可靠性的统一。选用覆盖上海地区的26幅ERS-1／2C波段SAR图像（1992～2002年），双重阈值PS探测算法得到了检验，实验结果表明，该方法能够有效地提取可靠的PS目标。

永久散射体雷达干涉测量技术

论述了永久散射体干涉测量 (permanentscattererinterferometry ,PSI)产生的背景和基本原理 ,并介绍了其应用实例 。

永久散射体雷达差分干涉应用于区域地表沉降探测

永久散射体干涉测量技术可以克服常规干涉方法在区域地表形变测量中的雷达信号失相关和大气延迟影响.本文对基于永久散射体的干涉处理全过程进行了分析,基于差分相位的两个主要特性:沉降信号时序相关、地形相位与空间基线成比例,提出构建PS网络,并采用间接观测平差法估计沉降速度网和高程修正网的全局最优解.实验选取上海地区近10年间的ERS-1/2卫星C波段SAR数据进行干涉处理,在永久散射体上分离形变信号、高程修正和大气分量,并最终提取上海地区高分辨率地面沉降速度场,PS结果与地面精密观测成果吻合较好.

永久散射体雷达干涉技术监测上海地面沉降

在地下水开采以及工程建设活动的双重影响下,城市地面沉降问题突出。传统的地面沉降监测水准测量虽精度高,但点密度低、成本较高。永久散射体雷达干涉技术(PSInSAR)监测地面沉降,具有低成本、大面积和高精度特点。选用2003～2005、2007～2008、2008～2009年间覆盖上海城区的中等分辨率Envisat ASAR影像,获得上海不同时期沉降速率图。其中2003～2005和2007～2008年间的结果与水准数据进行了比较验证,达到了毫米级精度。利用2008～2010年间获取的TerraSAR-X影像得到的沉降速率图还表明:基于序列高分辨率SAR数据不仅可以监测地面沉降,还可对大型单体建筑物及地铁等线状地物进行形变监测,证实了PSInSAR方法的有效性和应用潜力。

基于雷达干涉永久散射体网络探测地表形变的算法与实验结果

为削弱常规卫星DInSAR技术在区域地表形变探测应用中时空失相关与大气延迟的负面影响，探索和发展了基于永久散射体（PS）观测网络建模与参数稳健估计的算法并开发一套完整的计算程序，可达到分离和提取线性与非线性形变时间序列、地形数据误差与大气信号的目的。以上海市沉降场为对象，选取1992～2002年间ERS-1／2卫星所获取的26幅SAR影像为源数据，分别开展模拟和真实数据的实验，证实该算法和计算程序是有效而可靠的。

利用环境噪声互相关实现散射体无源成像

最近研究表明利用环境噪声的互相关可以恢复两点之间的时域格林函数(声脉冲响应),这一原理在文献中被称为格林函数恢复。基于此原理,通过对多个传声器所接收的环境噪声进行互相关处理,获取与散射体相关联的散射波的到达时延信息,结合最小二乘反演算法和改进克希霍夫移位算法,分别获得道路交通噪声场中石柱以及海浪噪声场中塑料桶的空间位置,且其估计结果与实际测量相一致。实验结果表明将环境噪声作为探测信号进行散射体无源成像是可行的。这为设计室内无源声监测系统以及通过海洋环境噪声实现对水中静默目标成像提供了新思路和有益参考。

基于永久散射体雷达干涉测量技术的北京市地面沉降研究

地面沉降是北京平原区主要地质灾害之一,在过去的几十年中,其沉降范围和幅度逐年扩大。文中采用永久散射体干涉测量技术(PS-InSAR)进行检测、监测该地区地表形变特征。通过分析时间序列的干涉测量结果发现,该地区地面沉降存在构造控制的特性,尤其是在北部沉降区。揭示了北京市第四纪顺义凹陷与沙河凹陷地区地面沉降趋势及范围受黄庄高丽营、南口孙河断层控制。同时将PS-InSAR提取的地面沉降等值线与粘性土厚度分区结果对比分析发现,该地区地面沉降多发生在粘性土厚度大于50 m的地段范围内,沉降中心多数位于粘性土厚度大的地区。

时序差分雷达干涉中永久散射体的自动探测

为了有效探测时序差分雷达干涉中的永久散射体,考虑永久散射体对雷达波的强反射特性和散射的稳定性,提出了探测永久散射体的振幅信息双阈值法.该方法根据振幅阈值选取具有强反射特性的点作为永久散射体候选点,然后根据振幅离差阈值,选取散射特性稳定的候选点作为永久散射体.利用上海地区的26幅ERS-1/2 C波段SAR(合成孔径雷达)图像进行了实验,证明该方法是有效和可靠的.

单站定位中的散射体位置及散射距离的估计方法——合成运动的扩展卡尔曼估计

圆拟合虚拟单站定位算法是无线网中非视距条件下一种有效的单站定位方法.散射体位置以及散射距离是该算法的两个关键参数,直接决定该算法的最终定位性能.本文提出合成运动的扩展卡尔曼方法,有效抑制定位过程中的二次方项对误差的乘性影响.该方法利用单站的运动信息,并根据相对运动的基本原理,将机动单站运动特性转换为伪目标的运动,在每步递推过程将非线性方程线性化近似,提高散射体位置以及散射距离的估计精度.仿真结果表明,该算法具有良好的估计性能.

永久散射体干涉测量中最佳主图像选取

以系统热噪声、时空基线、季节性变化和多普勒质心频率作为影响因子,建立主图像选取函数,根据生成相干系数矩阵预测最佳主图像,并利用拉斯维加斯地区的数据实际处理结果对该方法的预测结果进行验证。结果表明该方法能够准确地预测PSInSAR数据处理中不相干图像个数以及图像之间的相干系数,为最佳主图像的选取提供可靠的参考依据。

激光投影显示中新型散射体的散斑抑制

激光的强相干性造成了激光投影显示中出现大量干涉条纹和散斑,为了消除干涉条纹和散斑对图像质量的影响,采用旋转新型散射体(Engineered Diffuser TM)的方法在一定积分时间内获得叠加的清晰图像。首先,介绍了激光投影显示中散斑的成因及采用时间平均抑制散斑的理论依据。接着,分析了传统散射体毛玻璃和Engineered Diffuser TM在结构及功能上的区别。最后,建立了旋转新型散射体抑制散斑的激光投影显示实验装置,对比验证了旋转新型散射体抑制散斑的效果。实验结果表明:散斑对比度降低到3.08%,图像质量良好,无明显干涉条纹。该方法满足商用激光投影显示体积小、简单易行等要求。

用于校准能见度仪的标准散射体定标系统的校准方法

为了实现对用于校准能见度仪的标准散射体的快速准确定标,通过测量标准散射体不同散射角的散射系数,实现对标准散射体不同散射角所模拟的大气能见度进行准确定标并对定标系统进行校准.根据定标系统的组成与工作原理,确定定标系统的校准方法并建立相应的校准链,并设计校准链的各组成部分的校准方法.通过对已知散射系数的标准散射体进行定标,验证校准后定标系统定标结果的准确性,进而验证了定标系统校准方法的正确性.实验结果证明:定标系统对标准散射体的散射系数定标结果的误差为7.93%;经由定标系统定标的标准散射体所模拟的大气能见度的最大误差为8.61%,满足用于校准能见度仪的标准散射体的使用要求.

基于永久散射体雷达差分干涉测量的城市地面沉降研究——以上海地面沉降监测为例

基于永久散射体雷达差分干涉测量技术，提出探测永久散射体的振幅信息双阚值方法，研究上海陆家嘴地区在1992～2002年的地面沉降，获得该地区的线性和非线性沉降量以及区域沉降场，证实了地表形变在1km范围内具有强相关性。结果显示陆家嘴地区在1992～2002年间的线性沉降速率为13．2mm／a，总体平均沉降速率为16．8mm／a，与实测结果之间具有较高的一致性。研究表明，PS—DInSAR技术不仅可有效探测地表离散目标的线性形变，还可探测其非线性形变以及获取地表区域形变场，并且可监测地表形变的时序变化过程。除了可用于城市沉降监测外，PS—DInSAR技术还可用于地震、火山、滑坡等地质灾害的监测。