干涉合成孔径雷达的垂直基线对图像相干性的影响

本文指出了InSAR中垂直基线是影响图像相干性的重要因素,论证了现有的直接计算相关系数的公式是基于理想信号得出的,然后结合实际雷达信号的频率特性推导出了一个直接计算相关系数的公式,并给出了在各种斜坡地形情况下相关系数与垂直基线的变化关系.这种计算方法及其数值结果可用于对干涉合成孔径雷达的基线设计和性能评估.

融合长短基线的干涉图解缠错误自动改正

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术因具有全天时、全天候、大范围的独特优势,已被广泛应用于地球科学研究、自然灾害监测和环境管理等领域。然而,受地表失相干、干涉条纹密集等因素影响,InSAR数据处理关键的步骤——干涉图相位解缠常出现错误,进而影响高程反演和地表形变监测精度。为此,文章提出了一种融合长短基线干涉相位闭合环的解缠错误自动探测与改正方法,并利用湖南省-江西省高植被覆盖区的Sentinel-1雷达影像开展了算法验证。实验结果表明,该方法可有效地改正干涉相位解缠错误,这对InSAR技术提升高程反演和形变监测精度具有重要意义。

雷达干涉测量中基线估计常用方法分析

基线是合成孔径雷达干涉测量中的一个重要参数,其长度与倾角的微小变化都会引起地形高度的误差,因此,基线估计是In SAR数据处理中至关重要的环节。针对当前In SAR基线估计中存在的诸多问题,本文先推导了基线与In SAR定位误差的关系,进而分析了研究基线估计的必要性,总结了当前基线估计的常用方法,指出了各类方法的优缺点及适用性,最后,基于基线估计的技术难点,探讨了其相关研究热点与发展趋势。

基于短基线集干涉测量(SBAS)技术的郑州市区地面沉降观测研究

采用短基线集干涉测量(SBAS)技术方法研究了郑州市区的地面沉降特征。论述了SAR数据处理的流程和技术重点,对SAR数据处理过程中获得的各种参数进行了分析,选取覆盖郑州市区的多景RADARSAT-2雷达图像作为数据,进行短基线集干涉测量处理,根据沉降速率结果分析了郑州市区地面沉降形变特征,提取了郑州市2015—2017年间的地面沉降量,沉降速率大于20 mm/a的沉降区面积约为166 km~2。形成了3个主要的沉降区,分别为北部沉降区、西部沉降区和东部沉降区,沉降区主要分布在有软土分布工程地质亚区内。研究区引起地面沉降的原因主要为人类社会活动,突出表现在地下水利用、开采地热资源、城市基础设施建设等方面。

小基线集雷达干涉测量在无锡地面沉降监测中的应用

地面沉降是无锡较为显著的地质灾害之一,严重影响了城市基础设施建设,限制了经济社会的可持续发展。合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)已成功应用于城市地表形变监测,并表现出极大的潜力和优势。基于ASAR、ALOS及COSMO数据,采用小基线集方法(SBAS)对2004-2012年间无锡的地表形变进行了监测研究。结果表明,沉降区域主要发生在江阴市南部及惠山区,最大累积沉降量超过-200mm。新吴区、滨湖区以及位于主城区的梁溪区出现了轻微的回弹现象,最大累积回弹量达到+40mm。与水准测量数据对比显示,干涉测量结果与水准观测数据具有很好的一致性。地下水水位变化仍然是无锡地表形变的主要影响因素。2005年地下水禁采任务完成后,无锡地面沉降有所减缓,但由于地下水恢复缓慢,所以沉降现象仍在发生。

开关型短基线干涉仪方位角的测量

开关型短基线干涉仪使测量系统得以简化,而采用集成化、数字化以及微机进行数据处理,使得设备具有体积小、重量轻、简单可靠、使用方便的特点,且有实施多目标测量的优点。本文介绍在开关体制情况下,数据录取和数据处理的具体方法。

基于短基线差分干涉法的上海地面沉降分析

利用短基线差分干涉时序分析方法获取上海城区的地面形变信息.短基线时序分析方法选择较短的干涉对组合,利用干涉对中的高相干目标的相位和幅度信息在长时间序列中保持稳定的特性,获得高精度的地表形变信息.实验选择上海外环以内的区域,利用2007—2010年间的17景日本ALOS卫星的PALSAR数据,采用短基线时序分析方法提取了相干目标视线向的平均沉降速率.在沉降速率图中,杨浦区与虹口区交界处存在一个明显的漏斗状沉降;闵行区和浦东新区出现了一个较大范围的不规则的沉降条带.

星载InSAR基线构型测量误差模型与灵敏度分析

为避免双天线InSAR系统基线测量动态监测过程中引入误差,影响基线测量精度,对基线长度与角度测量过程中的可能误差进行定性与定量分析。采用坐标变换法建立系统误差数学模型,明确测量系统的误差来源。提出误差灵敏度概念,对误差项进行定量计算,并对每一自由度的误差源进行灵敏度分析,进一步形成综合误差定量合成结果。根据误差灵敏度系数给出一组精度反演误差分配案例。最后,依据蒙特卡洛法在MATLAB平台闭环验证精度量化分配方法的可行性与稳定性。仿真分析结果表明,激光视觉三轴位置的测量精度要求为300μm(3σ),三轴角度的测量精度要求为50″(3σ),即可满足基线长度精度1 mm(1.6σ),基线角度精度2″(1.6σ)。通过本方法可由测量环境条件输入直接获得基线测量的精度,根据灵敏度系数对误差分配进行反演可以得到系统最优布局,其结果可为测量系统的方案设计与精度分解提供有效指导。

多基线InSAR干涉图仿真方案设计与分析

多基线InSAR具有高可靠性与高精度的优势,是InSAR技术发展的方向之一。为了提供研究多基线InSAR技术的良好实验数据,针对正侧视SAR成像的几何特点,以F.Leberl构像模型建立像点与地面点之间的坐标关系,借鉴摄影测量中的正射纠正方法,分别设计了利用DEM进行多基线InSAR干涉图模拟的直接法仿真方案和间接法仿真方案。采用多套DEM进行了仿真实验,得到了满意的仿真效果,结合仿真结果分析了不同仿真方案的特点。

基于毫米波多基线InSAR的雷达测绘技术

机载毫米波InSAR具备不受光照限制、测绘幅宽大、测绘精度高的特点,近年来随着其技术的不断发展和完善,逐渐成为一种被广泛关注的测绘手段。在针对小型飞行平台的高精度毫米波InSAR系统设计中,InSAR基线构型、多基线配置、外部数字高程模型(DEM)参考及InSAR处理流程是系统设计的核心。该文分析了机载毫米波InSAR系统中基线参数对干涉高程测量的影响,提出基于一体化天线吊舱的毫米波多基线InSAR系统设计思路,在此基础上提出基于时域成像算法的毫米波多基线InSAR测高处理流程。最后,实测数据实验验证了该文给出的机载毫米波多基线InSAR系统及其干涉数据处理方法在大比例尺测绘任务中的可行性和有效性。

基于北斗卫星校准的连接端站干涉测量与定轨

为提高连接端站干涉(connected-element interferometry,CEI)测量对地球静止卫星轨道(geostationary satellite orbit,GEO)空间角位置的测量精度,通常采用射电源标校消除大部分公共误差,但需要在测站配置大口径高增益天线以接收射电源的微弱信号。针对该问题,以北斗导航卫星为标校源,仅利用测站现有天线即可实现高精度CEI测量。利用喀什测控站相距20 km的两套天线设备对天链GEO卫星开展CEI测量。经北斗卫星校准后,时延测量精度可达0.03 ns。定轨结果表明,7 h的时延和单站测距数据联合定轨位置精度可达37 m,预报12 h位置偏差约为78 m。与3000 km范围分布的多站测距系统24 h弧段定轨精度相当,验证了该技术用于GEO卫星高精度测定轨和机动后轨道恢复的可行性。

一种机载双天线InSAR基线动态测量方法

机载双天线InSAR系统两个天线非刚性连接时,为保证高程测量精度和成像质量,必须对干涉基线进行动态精密的测量。该文研究了一种基于单相机和激光测距仪组合的动态基线测量方法,通过分别测量两个天线的中心位置和姿态,得到干涉基线长度和基线角。论文对该方法进行了原理性研究和地面验证实验,实验通过可精确控制轨迹的运动平台模拟天线运动,实验结果表明该方法在8m摄影距离处位置测量精度优于0.2mm,姿态角精度优于70″,是动态测量干涉基线的有效方法。

多基线InSAR干涉图的直接法仿真

为了研究多基线InSAR技术,充分利用长、短基线互补的优势来提高获取DEM的精度及可靠性,设计了一种多基线InSAR干涉图的直接法仿真方案。该方案采用正侧视成像模型,由F Leberl方程建立地面点坐标与像点坐标之间的关系,并针对机载多天线InSAR系统构成的多基线模式,直接由DEM中记录的地面点3维坐标计算像点坐标和干涉相位,再对干涉相位进行重采样以得到像点规则排列的干涉图。采用多套DEM进行了多基线InSAR干涉图的仿真实验,得到了较满意的结果,验证了所设计仿真方案的正确性和有效性。

短时空基线PS-DInSAR提取地表形变时间序列

为减小合成孔径雷达差分干涉技术中时空失相关对区域地表形变探测的影响，采用同时限制时间和空间基线的方式自由组合干涉对，基于永久散射体构建差分网络模型以提取区域形变，并利用奇异值分解方法恢复其时间序列．为验证算法的有效性，以美国Phoenix市为试验区域，采用39幅ERS-1／2卫星C波段SAR图像（时间跨度为1992～2000年）进行地表沉降探测．结果表明，该算法能有效提取区域地表沉降的时间序列．

干涉条纹图估测基线的方法研究

根据SAR干涉测量原理 ,提出了利用干涉相干条纹估测基线的方法 ,并以欧洲空间局资源卫星 1号和 2号携带的SAR系统在中国新疆伽师试验区获取的串接式 (Tan dem)干涉测量数据为数据源 ,对提出的方法进行了验证。结果表明 ,该方法能有效地估测基线 ,并弥补不能有效获取卫星轨道参数时 ,对基线进行估测的缺陷 。

DEM辅助的零中频多基线InSAR干涉处理

借鉴DEM辅助的思想,提出了DEM辅助的零中频多基线InSAR干涉处理方法.该方法利用外部粗DEM模拟的干涉图与多基线干涉图组中的最低频原始干涉图做差分处理,得到零中频干涉图;再对零中频干涉图进行滤波和相位解缠处理后重新加回模拟相位,构建为原始基准干涉图.利用该基准干涉图逐步指导较高频干涉图由粗到精地进行相位解缠,进而高精度地反演DEM.充分利用了零中频干涉图的易解性和高频干涉图的高精度性,解决了高频干涉图频谱混叠、相位欠采样处的解缠难题.采用邯郸地区6景ENVISAT ASAR数据进行了干涉处理实验,实验结果验证了所提方法的有效性.

基于短基线集InSAR技术监测北京地区地表形变

短基线集差分干涉测量(SBAS-InSAR)技术是在传统DInSAR技术基础上发展起来的一种更高精度的长时序变形监测方法,可有效地克服传统DInSAR在微小形变监测中受时空去相干以及大气效应等因素的影响,已成为当前InSAR技术的研究热点。本文利用ENVISAT ASAR传感器获取的22幅C波段影像数据,基于短基线集差分干涉测量技术对北京地区地表沉降进行监测,获取每个观测时刻的形变累积量,得到研究区的形变序列图,进而分析了该区域地表沉降特征,结合地质环境监测成果,初步讨论了2003至2010年间北京地区区域地表沉降成因。

SBAS-InSAR技术融合CNN-LSTM模型的矿区开采沉陷监测与预测

针对传统矿区开采沉陷监测方法耗费人力财力和预测预警模型较少的问题,研究提出一种基于短基线集合成孔径雷达干涉测量(Small Baseline Subset-Interferometry Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR)技术和卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)与长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)相结合的矿区开采沉陷监测预测方法。首先,利用SBAS-InSAR技术对建新煤矿进行矿区开采沉陷监测,获取了该矿区的年平均沉降速率和累计沉降值。用GNSS监测数据与SBAS-InSAR结果进行对比验证,其拟合效果较好。其次,在此基础上利用CNN-LSTM模型预测后6期沉降数据,其结果与CNN和LSTM预测结果进行对比。研究显示,CNN-LSTM模型的平均绝对误差(S_(MAE))和均方根误差(S_(RMSE))比单一的CNN和LSTM分别至少降低了44.8%和40.6%,其决定系数均高于98%。最后,进一步预测前6期和中6期沉降数据,验证了CNN-LSTM预测模型在时间上的一致性。因此,SBAS-InSAR融合CNN-LSTM模型在类似矿山开采沉陷监测和预测中有较好的应用前景。

基于卡尔曼滤波的InSAR柔性基线距离测量

对于柔性长基线构型的双天线InSAR系统,基线矢量动态偏移产生的误差会降低系统的成像质量,并最终影响高程精度。针对单相机和激光测距仪组合测量系统中如何提高基线距离向精度的问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的基线距离测量方法。建立了基线距离向抖动数学模型,在此模型基础上提出了基于卡尔曼滤波的动态测量方法,对该方法进行了动态仿真分析。仿真结果表明,在几十米的测量距离内,该方法能够将基线距离向的测量精度降低到亚毫米量级,是测量基线距离的有效方法。

融合多种差分干涉测量的矿区地表形变监测

为解决时序短基线集差分干涉测量技术(SmallBaseline Subset-InSAR,SBAS-InSAR)无法准确估计煤矿沉降中心形变值的问题,通过融合合成孔径雷达差分干涉测量(differential InSAR,D-InSAR)和SBAS-InSAR技术研究了测量矿区地表形变的监测方法。利用25景Sentinel-1数据,根据基于相干性系数的D-InSAR方法和结合永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar, PS-InSAR)的SBAS-InSAR方法分别生成研究区域的形变图,并借助Kriging插值法,将前者方法所得结果填补于后者方法所获形变结果,完善矿区形变中出现的空缺值,从而更为准确地估算矿区地表形变结果。此外,沿着开采面的横纵剖面详细分析典型矿区的形变结果,并绘制地表形变剖面曲线,以此剖析矿区沉降漏斗的演化过程。最后,为了定量说明该方法的可靠性,将矿区形变结果和水准测量数据进行误差对比,并将标准差和均方根差作为矿区形变结果精度的评定指标。结果表明:相干性系数图整体质量较优,研究区域中最大累积沉降量可达176.39 mm,年均沉降速率最大可达-103.82 mm/a。通过本文方法得到的形变结果和水准处理数据基本一致,且误差均小于13 cm,监测精度满足煤矿开采相关测量技术要求。