基于TerraSAR-X/TanDEM-X数据的森林高度反演算法研究

基于RVoG模型,对传统三阶段算法及其改进算法进行研究,以云南省西双版纳州勐腊县为研究区,以TerraSAR-X/TanDEM-X数据为数据源进行森林高度反演算法研究,并结合野外实测数据进行结果验证。结果表明,三阶段改进算法对森林高度反演精度优于传统三阶段算法。三阶段改进算法对天然林高度反演精度较高;三阶段算法对橡胶林高度反演精度较高。

TerraSAR-X/TanDEM-X获取高精度数字高程模型技术研究

以双星系统（TerraSAR-X/TanDEM-X）下的bistatic数据模式为例研究了差分干涉获取高精度DEM产品的融合算法和技术流程.针对不同观测几何条件下（升降轨,不同入射角）观测数据的畸变和缺失,提出一种迭代的顾及垂直基线、阴影和叠影的数据融合新方法重建高分辨率高精度的数字高程模型,并对TanDEM-X融合的DEM在不同地物属性特征下（山区及高楼林立的城区）的精度进行定量分析.本文采用了两对覆盖珠海、澳门区域的升降轨TerraSAR-X/TanDEM-X干涉对进行融合处理,并通过收集的高精度Lidar数据进行精度比较分析.此外,本文还定量分析了TanDEM-X的DEM对常规DInSAR技术的改进,并与SRTM、ASTER的结果进行对比.结果表明：提出的升降轨融合方法较单一轨道平台能够较好地改正或减弱由于几何畸变引起的高程信息缺失或错误,通过与Lidar数据的对比发现TanDEM-X的融合DEM在山区的精度较高,其残差的标准差为3.5 m,较单一轨道（升、降轨）分别降低8%和22%,能够通过迭代的方法获取高分辨率（可达2～5m）、高精度的地形信息;而针对城区密集建筑物的复杂地形来说,融合的DEM的精度稍低,残差的标准差为11.8m,但较单一轨道（升、降轨）来说有较大改进,其残差标准差分别降低了28%和22%;而在分布较为稀疏的居民区,融合的DEM能够较Lidar数据获取更好的建筑物高度及外形信息,此时的残差标准差可达5m.同时,TanDEM-X的融合DEM作为外部DEM能够较SRTM和ASTER来说更好地去除地形信息,尤其在山区及高程建筑密集分布的城区,从而利于后续的相位解缠和形变信息的精确获取和解译,为更高精度的时序InSAR形变监测提供有利条件。

考虑定向参数精度信息的TerraSAR-X和SPOT-5HRS影像RFM联合定位

卫星影像的RFM模型具有传感器无关的优点,适用于多源影像的几何定位处理,但在无地面控制点条件下联合定位时存在自主定位优势影像难以发挥主导作用且求解易发散的不足。本文通过将影像的先验自主定位精度和成像线性漂移转化为像方定向参数的精度和权信息,建立考虑影像定向参数精度信息的RFM模型。以12景TerraSAR-X和6对12景覆盖面积约为18万km2的SPOT-5HRS立体长条带影像为数据源,对两类影像定向参数先验精度配置偏差、SAR影像升降轨道方向、SAR影像数目、SAR影像分布等因素对定位精度的影响进行了系列定位试验,少量SAR与大范围HRS联合的影像自主定位平面/高程精度可达6.0m/4.2m。本文RFM平差模型无地面控制点定位精度和定向参数求解稳健性相对于传统模型有显著提升,是卫星影像无控制点1∶10万/1∶5万全球测图的一种潜在方法。

基于高分辨率TerraSAR-X影像的PSInSAR地表形变监测

利用2011年10月—2013年7月间获取的37景TerraSAR-X高分辨率条带模式SAR数据,采用干涉测量点目标分析(interferometric point target analysis,IPTA)技术得到常州地区因工厂集中开采地下水所引起的地表沉降信息,即常州市武进地区有多处地表沉降,在2011—2013年间最大沉降速率为31.494 mm/a。通过与Envisat ASAR数据获取的平均沉降速率对比,说明TerraSAR-X数据不仅可以提高永久散射体(permanment scatter,PS)的点密度,而且能更好地描述散射体的细节变化和微量位移情况,体现出TerraSAR-X数据监测地表形变的优势。沈海高速公路常州沿线地面沉降的监测结果表明:TerraSAR-X数据在人工线状地物形变监测中具有广阔的应用前景;IPTA监测结果与水准测量结果具有较好的一致性,表明将IPTA技术应用于城市地表形变监测的正确性。

利用高分辨率TerraSAR-X影像监测唐山矿地面沉降

利用2012-12~2014-02获取的13景高分辨率TerraSAR-X影像,采用PSI时序分析技术监测唐山矿地面沉降。该技术以短时空基线为准则生成47幅差分干涉图,选择强度稳定性和频谱相干性较高的相干目标进行时间序列分析,基于最小二乘法获取唐山矿区域相干目标的地面下沉速率和沉降时间序列。结果表明,唐山矿有两个地面沉降中心,分别位于矿区东北和西部方向,最大沉降速率达58.2mm/a;2013-06~09矿区出现回弹现象,而在其他时间段内地面呈近似线性下沉。通过对比高程误差改正前后的直方图可以发现,本文采用的两次回归分析方法对降低地形残余误差有很好的应用效果。

基于TerraSAR-X强度图像相关法测量三峡树坪滑坡时空形变

三峡工程蓄水之后,有可能引起两岸滑坡的发生。本文以三峡库区树坪为研究区域,对不同时相的TerraSAR-X的强度图进行相关计算,求解出2009年2月至2009年10月期间发生的滑坡位移场时空演化。结果表明,在滑坡发生的前几个月,累积变形量很小;在滑坡发生的两三个月当中,变形量比较大,平均位移达到51cm;之后的几个月中,变形量又恢复到平静期的数值,与布设在该区的位移伸缩计结果一致。从本文的研究可以看出,该方法不仅能计算出滑坡引起的形变场,而且能探测地面形变的早期信号,可以用它作为三峡库区未来滑坡监测的重要技术手段。

TerraSAR-X雷达卫星的系统特性与应用分析

TerraSAR-X是世界上首颗商用的新型高分辨雷达卫星,其成功发射和优良的数据服务引起了研究人员的广泛关注。首先介绍了TerraSAR-X雷达卫星系统的基本信息,并分析了卫星的3种成像模式及相应的特点。针对TerraSAR-X雷达卫星数据应用研究问题,给出了TerraSAR-X雷达卫星4种基本的影像数据产品的类型和特性,考察了国内外对TerraSAR-X数据应用的研究现状,并展望了其广阔的应用领域和发展潜力。

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。

基于单极化TerraSAR-X影像提取建筑区研究

基于多时相单极化TerraSAR-X影像,提取后向散射系数特征影像、变差函数纹理特征影像、干涉特征影像,并对其波段组合,在基于eCognition软件多尺度分割的基础上,选择训练样本对象,充分挖掘样本对象的光谱、纹理特征信息,通过建立特征分离性指标,降低特征维数,最后应用面向对象的分类方法实现了建筑区的自动提取,提取精度达93.50%。这一研究表明特征组合影像具有较大的分割优势,特征的优化选择在减少特征冗余的同时维持了较高的信息提取精度,且弥补了eCognition软件纹理特征计算慢的不足。

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。

高分辨率TerraSAR-X雷达干涉及其在工程形变探测中的应用

工程形变是工程建设风险分析的重要因素,对其进行有效监测十分必要。使用德国TerraSAR-X卫星所获取的多幅X波段高时空分辨率SAR影像,采用两轨差分干涉方法,提取天津西郊南水北调工程施工形成的弃土场快速形变信息。试验结果表明,TerraSAR-X雷达干涉技术在工程或地表垂直位移探测方面具有高时空分辨率、高精度(内符合精度可达±2 mm)和高自动化特征,在工程形变监测方面具有较大的应用潜力。

基于时间序列TerraSAR-X影像的线状地物沉降监测试验研究

新一代高分辨雷达卫星尤其是TerraSAR-X的发射运行,给时序InSAR分析技术带来新的挑战,得益于其高分辨率特点使得特定目标的短期内微小形变监测成为可能。本文利用2009年3月～2010年1月间27景3m分辨率的TerraSAR-X数据,基于改进的时间序列InSAR技术获得京津城际高铁武清段和北辰段沿线区域地表时序形变特征,并对形变规律及成因进行分析。

TerraSAR-X传感器定标精度及其应用分析

传感器的定标精度是衡量SAR卫星系统性能和数据质量的重要标志。采用点目标法,基于距离多普勒模型和定标常数解算模型,分析验证了TerraSAR-X传感器几何和辐射定标精度,其中几何定标精度方位向为0.05m,距离向为1.39m;相对辐射定标精度优于0.53dB,绝对辐射定标精度优于0.25dB。验证结果为TerraSAR-X数据产品在定量遥感应用中的可靠性提供了参考。

TerraSAR-X几何校正及辐射定标模型

Terra SAR-X图像的几何校正和辐射定标对于获取地面目标高精度地理位置信息和辐射特征具有重要意义。采用距离-多普勒间接定位模型和仿射校正模型进行SAR影像几何校正,同时完成地形辐射校正并对辐射定标精度进行验证。距离向和方位向上达到了约0.3 m和0.4 m的几何定位精度;相对辐射定标精度优于0.3 d B,绝对辐射定标精度为0.22 d B,所以该模型能达到方法较高的精度且简单快捷。

TerraSAR-X卫星及其在地球科学中的应用

2007年6月15日德国成功发射了TerraSAR-X卫星,即将提供高达1m分辨率的多模式、多极化的星载SAR数据,其设计寿命为5年。该文较全面、系统地介绍了这一现代高分辨率雷达卫星的有关情况,主要涉及它的科学目标、结构和设计参数,处理算法和基本产品类型,以及在地球科学中的应用等方面,冀期以此为我国开展相关领域的研究工作提供参考。

基于时间序列TerraSAR-X影像分析方法的昆明地表形变监测

利用2010年6月至2011年4月间获取的26景空间分辨率3m的TerraSAR-X数据,采用StaMPS永久散射体干涉测量技术(PS-InSAR)获取了昆明地区地表形变信息,并对重点沉降区域沉降的时序特征及成因进行了分析。昆明地铁1号线沿线、广昆高速小团山段以及南昆铁路倪家营段地面沉降的监测结果表明,TerraSAR-X数据能获取空间上更为细致的变化,体现了TerraSAR-X数据在地表形变监测上的优势。对比Envisat ASAR数据和TerraSAR-X数据获取的形变监测结果,发现沉降区域分布的地理位置以及沉降的速率都非常接近,表明了PS-InSAR技术地表形变监测结果的正确性。

TerraSAR-X高精度正射影像制作和精度评价研究

针对TerraSAR-X影像的高几何分辨率等特点,结合其在测绘、城市规划等方面的广泛应用,研究TerraSAR-X高精度正射影像的制作过程,并对1m和3m分辨率的正射影像进行精度评价,结果都优于3个像素。

TerraSAR-X数据沿轨干涉运动目标检测研究

为检验TerraSAR-X数据在地面运动目标检测(GMTI)应用中的潜力,并验证基于SAR沿轨干涉图的幅度和相位联合统计特性以及恒虚警率的检测方法(ATI-CFAR)对TerraSAR-X数据的适用性,利用TerraSAR-X卫星单发双收模式数据,基于一种ATI-CFAR方法,结合数据特点进行改进,对北京北五环部分路段开展GMTI实验研究。结合地面同步实验进行验证分析,结果表明:1)TerraSAR-X数据能够应用于GMTI,但干涉相位受干扰严重,使用统计的方法确定ATI相位阈值易发生过度估计,导致大量漏检;2)基于车速先验知识确定相位阈值,利用图解法确定ATI幅度阈值,能够有效地改善检测结果。本文方法检出率和正确率分别达到70%和87.5%,证明了其对TerraSAR-X数据的适用性,反映出TerraSAR-X数据在GMTI应用中的潜力。

应用均值漂移和粗糙集理论增强TerraSAR-X图像边缘

作为图像的基本内容之一,边缘信息在房屋等典型地面目标识别中具有非常重要的价值。针对相干成像机制所产生的斑点噪声在高分辨率TerraSAR-X边缘信息提取中的不利影响,给出了一种基于均值漂移和粗糙集理论的组合处理方法。首先以均值偏移显著抑制斑点噪声干扰,然后利用粗糙集理论的下近似和上近似关系,对Sobel边缘检测结果进行增强处理。房屋等人造目标的TerraSAR-X1m分辨率图像的实验结果显示,均值漂移方法能够在有效抑制斑点噪声的同时,较好地保持边缘细节,而基于粗糙集的边缘增强可以显著改善Sobel边缘检测结果,最终生成高质量的目标边缘图。

高分辨率TerraSAR-X时序差分干涉沉降监测及精度验证

城市地面沉降属于缓慢性地质灾害,其对社会经济和人类生活具有持续性负面影响,对城市沉降进行广域高效监测具有重要现实意义。选取天津市为研究区域,以2009年4月7日—2010年12月14日获取的34幅高分辨率TerraSAR-X SAR影像为数据源,采用基于相干点目标分析(interferometric point target analysis,IPTA)的时序差分干涉处理方法进行沉降监测,使用精密水准数据进行精度验证,并提出一种基于最小二乘拟合的沉降时间序列验证方法,最后基于验证后的结果进行沉降分析和解释。与水准数据对比表明,IPTA解算沉降速率、时间序列最小二乘拟合沉降速率的均方根误差分别为3.15 mm/a和-3.25 mm/a。对沉降结果进行分析表明,实验区总体沉降呈不均匀性,最大沉降速率为-128.41 mm/a,沉降时空分布与研究区地表覆盖类型及地下水开采相关。