基于双极化Sentinel-1A数据的西南某机场沉降监测应用

以西南某机场为监测对象,收集2019年1月11日至2021年11月8日35景双极化Sentinel-1A降轨数据,应用PS-InSAR技术结合双极化数据获取了该机场范围内的形变分布情况,将双极化沉降数据进行对比,再与沉降形变最大水准测量数据进行验证。结果表明,合成孔径雷达差分干涉技术(InSAR)沉降形变区域与水准沉降形变区域的位置基本吻合,双极化沉降时间序列表现出一致性,该机场飞行区最大沉降速率达-77mm/y(VV极化)和-74 mm/y(VH极化),累计沉降量超过-200mm(VV和VH极化),与2021年5月最大沉降形变水准测量值对比,发现该机场沉降形变还在继续加深。此研究表明,InSAR技术结合双极化数据可高效识别沉降区域,全面掌握机场沉降形变情况,对监测西南地区机场沉降具有重要意义。

基于多时相双极化Sentinel-1A数据的震害建筑物提取

地震发生后快速准确地获取灾区建筑物震害信息,是减少人员伤亡的有效途径。合成孔径雷达(SAR)遥感凭借全天时、全天候工作能力,在灾害评估方面发挥了重大作用。充分挖掘SAR数据的特征用于提取建筑物震害信息,是SAR成功应用于震后应急救援的关键。本文利用多时相双极化Sentinel-1A SAR数据,基于SAR的强度和相干性特征,进行震害建筑变化检测。对VV和VH极化SAR数据作为建筑物震害判别分析的变量,与建筑物震害建立判别关系,得到建筑物震害判别函数。利用此判别函数提取意大利阿马特里切镇的建筑物震害信息,并用光学解译结果验证本文方法的可靠性。结果表明,多时相双极化Sentinel-1A数据建立的震害建筑物判别分析方法能准确地评估建筑物震害信息,精度达到81%,能满足震害建筑物评估的需求。

基于双极化Sentinel-1A影像数据的鄱阳湖水域提取与汛期变化检测

合成孔径雷达(SAR)卫星影像数据具有不受气候条件限制的优势,且具有较高的重访率,可以在汛期恶劣气候条件下及时获取灾区影像,为科学开展抗洪救灾提供依据和信息保障。面向汛期应急监测和水域变化分析的应用需求,本文选取位于江西省九江市的鄱阳湖区域为研究区域,基于汛前6月25日和7月7日水位高峰期获取的两景双极化SAR影像数据,综合利用H/A/Alpha分解结果开展极化目标分析,并基于Wishart (距离最短原则的)非监督分类提取水体,成功获取了汛期前后空间分辨率为15 m水域空间分布图,经统计分析探明九江市鄱阳湖区域汛期新增面积达56 km2。实验结果表明:极化分解技术的介入,对于波浪较大和含沙量较高的水域识别具有较好的适应性,能正确判识和保留该类水体目标;同时,该途径还能够有效降低雷达阴影区造成的误判。

双极化Sentinel-1数据在城市沉降监测中的对比研究

目的 针对地面沉降监测仅考虑VV极化Sentinel-1数据而忽略VH极化数据的问题,方法采用PS-InSAR和SBAS-InSAR技术处理延安新区2018年8月—2021年5月的84景双极化Sentinel-1数据,获取地面沉降信息,对比两种极化的沉降监测结果,探讨VH极化在不同实验方法中的意义,并提出一种双极化时序InSAR融合监测新方法。结果 结果表明,新区大部分区域为较稳定区域,形变速率为-8~8 mm/a,此外,还探测到3个较大的沉降区,分别位于桥儿沟流域、高家沟流域和新区东北部填方区域;Sentinel-1不同极化数据的监测结果相关性较高,形变趋势一致;VV极化数据整体优于VH极化,但部分区域VH极化数据得到的地表形变信息更详细;VV-VH极化PS-InSAR形变监测中,VH极化数据能够有效补充VV极化数据监测结果的不足,使结果更加密集,因此,与单一极化监测结果相比,VV-VH极化PS-InSAR形变监测更加详细地反演了地表变形情况;VV-VH极化SBAS-InSAR形变速率结果比单一极化数据相干性和稳定性更高。结论 基于双极化Sentinel-1数据的时序InSAR融合监测技术可以获得比单一极化数据更好的城市地表形变监测结果。

基于Sentinel-1/2改进极化指数和纹理特征的土壤含盐量反演模型

目前Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的研究大多是基于Sentinel-2光谱信息和Sentinel-1后向散射系数,没有考虑Sentinel-2光谱信息容易受土壤亮度等信息影响,Sentinel-1后向散射系数容易受土壤粗糙度和水分影响。为进一步提高Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的精度,用水云模型对雷达卫星后向散射系数进行校正,消除植被影响;然后协同Sentinel-2纹理特征,基于VIP、OOB、PCA 3种变量筛选和RF、ELM、Cubist 3种机器学习回归模型构建植被土壤含盐量反演模型。研究结果表明:经过水云模型去除植被影响后的雷达后向散射系数及其极化组合指数与土壤含盐量的相关性有一定程度的提高。不同变量选择方法与不同机器学习方法耦合模型在反演土壤含盐量中,OOB变量筛选方法与RF、ELM和Cubist 3种机器学习方法的耦合模型精度最佳,建模集和验证集的R2都在0.750以上,且验证集的RMSE和MAE均最小;其中OOB-Cubist耦合模型精度最高,且R_(v)^(2)/R_(c)^(2)为0.955,具有良好的鲁棒性。研究可为机器学习协同物理模型、光学卫星协同雷达卫星在土壤含盐量反演中的进一步应用提供思路。

基于Sentinel-1双极化数据的北极海域假彩色图像合成方法

基于北极海域的Sentinel-1双极化数据,有效地结合去噪算法和图像处理技术,提出了一种高质量的RGB假彩色图像制作方法。该方法使用线性回归模型和一种更高效的热噪声去除算法分别对HH和HV极化数据进行入射角校正和热噪声去除;将HH、HV和混合HH、HV得到的数据分别作为蓝色、红色和绿色通道图层,并使用全局直方图均衡化和限制对比度直方图均衡化进行图像增强,获得最终的RGB假彩色图像。该方法合成的RGB假彩色图像减小了入射角和热噪声对图像质量的影响,增强了地物信息特征和图像的可读性,可为海冰信息提取奠定良好的基础。

基于双极化Sentinel-1影像的邯郸市地表沉降时序InSAR分析

收集44景Sentinel-1双极化模式(VV与VH)SAR影像数据集,利用时序InSAR技术获取了邯郸市2015年6月~2017年8月期间的地表沉降信息。结果表明VV数据集在山区或地形起伏较大区域识别PS点的能力更强;位于邯郸东部的肥乡县(区)、成安县、广平县及临漳县的地表沉降趋势较明显,其主要受地下水持续开采影响。在4个选定区域内,两种极化数据集提取的沉降结果一致性检验较好,其平均相关系数为0.97,最大平均沉降速率为-53 mm/a。本研究结果为邯郸市进一步开展地表沉降治理工作提供了数据支持。

基于Sentinel1A双极化时序数据的甘蔗株高反演方法

甘蔗株高为甘蔗品种与土壤、气象、水文等因素的综合反映,是甘蔗长势监测与估产的重要指标。研究以华南地区气候与天气条件为基础,通过对覆盖甘蔗全生长期的23景时间序列Sentinel1A数据进行预处理、矩阵转换与CloudePottier分解,求得双极化雷达植被指数(Dual-pol radar vegetation index,DPRVI)。分析了该指数与甘蔗长势参数(株高)随甘蔗不同生长期的动态变化规律。采用4种经典的经验回归模型(线性、二次多项式、指数、对数),以分段函数形式对不同生长期的甘蔗株高进行反演,建立最佳反演模型。实验结果表明,拟合模型在分蘖期前相关性最高,二次多项式模型拟合效果最优,决定系数R^(2)与均方根误差分别达到了0.882与0.118 cm,对反演效果最好的分蘖期之前的二次函数模型进行验证,结果表明决定系数R^(2)达0.839,平均绝对偏差为7.4%,说明DPRVI反演甘蔗株高是有效的。将DPRVI与其他3种经典的反演参数进行对比,结果表明,DPRVI的性能优于其他3种参数。通过分析可得,DPRVI可以较好地反演甘蔗生长前期的株高变化,反演的株高参数可供农业管理部门参考。

基于Sentinel-1A SAR影像的珠海市台风降雨淹没特征分析

【目的】基于雷达遥感卫星影像,探究珠海市城区在台风降雨条件下的淹没特征,解决台风过境时无法准确获取淹没范围的问题。【方法】首先,选用Sentinel-1A卫星的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像和全球地表水年度数据集,利用阈值分割法和双极化水体指数来获取对应时间段珠海市主城区的淹没范围;然后,结合数字高程模型和土地利用类型数据,并利用ArcGIS平台对珠海市2015—2022年间的10场过境台风降雨所造成的淹没范围进行空间特征与成因分析。最后,结合层次分析法,并利用淹没可能性、防潮洪能力、高程和河网密度4项指标对珠海市主城区台风降雨淹没风险进行分析。【结果】在台风和非台风降雨导致淹没的范围中,斗门区为淹没面积最大的行政区。珠海市河网密度较大区域发生淹没最为频繁,其次是城乡居民用地;珠海市部分区域受台风降雨影响易发生淹没,淹没风险偏高。【结论】利用Sentinel-1A SAR影像并结合双极化水体指数可获得较为准确的台风降雨淹没范围,在台风过境时应更加关注高程较低地区以及水系分布较密地区的受灾情况。

基于哨兵双极化数据的城市地表形变监测方法

为提升传统时序InSAR在城市区域的地表形变监测结果,探究双极化数据在城市变形监测中的优势,本文基于双极化Sentinel-1数据,利用时序合成孔径干涉雷达技术(time-series interferometric synthetic aperture radar,TS-InSAR)和极化时序InSAR技术(polarimetric persistent scatterer interferometry,PolPSI)对上海市主要城市区域进行了地表形变监测研究,并进一步对影响PolPSI技术优化效果的因素进行了分析。结果表明:采用极化优化技术对Sentinel-1双极化数据进行干涉图优化后,干涉图相位质量和像元相干性都能得到明显提升,高质量像元数量大量增加;通过对比26幅优化前后干涉图,干涉图相位标准差由未优化前的0.607降低至优化后的0.518,相位质量得到明显的提升;使用双极化数据较单极化数据获得的研究区域监测点密度提升63%,能反映更丰富的地表形变细节,为解决相干性较差区域PS监测点过少问题提供了一种新的解决思路。

基于Sentinel-1 SAR数据的洪水淹没应用与极化分析

在洪水灾情评估中,洪水淹没范围是最重要的信息之一。合成孔径雷达(SAR)全天时、全天候的特点使其成为洪涝灾害评估的重要数据来源。为了监测整个灾害期间的洪水淹没范围并追踪洪水的演变,选取2015年末英国约克主城区附近遭受洪灾前后的Sentinel-1 SAR影像,运用变化检测和阈值结合的方法,快速有效地进行洪峰期范围估计和42天洪涝期内的淹没范围监测。通过将淹没范围结果与2种验证数据进行比较来评估该方法的适用性,并着重分析了Sentinel-1 2种极化在洪水应用中的差异性。结果表明Sentinel-1的VV极化在约克洪水应用中产生的错误分类较少,与光学验证数据相比,总精度可达98.92%,具有较好的应用前景。

基于Sentinel-1A与Landsat 8数据的北黑高速沿线地表土壤水分遥感反演方法研究

土壤含水量是影响水文和气候变化的基本参数,研究土壤含水量分布,对气候变化、水资源分布、农作物估产等有着重要的现实意义和科学价值。本文以2015年6月21日的Sentinel-1A(哨兵1号)双极化合成孔径雷达影像为基础,结合同时段辅助光学影像Landsat 8,对北安—黑河高速沿线地区不同植被覆盖程度下复杂地表土壤含水量进行反演研究,探讨不同极化组合方式在不同土地利用方式下的土壤水分含量反演结果。结果表明:VH极化及VH与辅助变量NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)组合反演精度分别为52.1%和53.6%,整体效果并不理想。VV极化(VV Polarization)图像和双极化VV/VH(VH Polarization)组合在裸露和低植被地区反演更具有优势,其精度分别为75.4%和59.5%,而在高植被覆盖度地区并不适用。VH极化反演结果中耕地土壤含水量比实际值低9.37%,VV极化在低植被区域土壤含水量比实际值低10.45%,在灌木及耕地地区VV/VH反演结果精度比单极化及其组合反演结果低,最高精度模型的反演是VV结合NDVI。VV与辅助变量NDVI结合能综合反映复杂地表环境下土壤含水量,其精度达84%,标准误差RMSE为2.07,比VV极化反演精度提高8.8%,RMSE比VV极化降低2.704。VV与辅助变量NDVI组合方式在中等植被覆盖地区土壤含水量反演更具有优势,并能够更好地发挥哨兵1号C波段合成孔径雷达在土壤水分研究中的潜力与有效性。

基于Sentinel-1数据的水体信息提取方法研究

SAR影像对于水体和地表形变具有很好的辨识性,因此常用来进行水体识别、土壤湿度反演和地表形变检测研究与应用。利用载有C波段合成孔径雷达的Sentinel-1卫星数据对大范围的水体信息进行识别,提出了SDWI(Sentinel-1 Dual-Polarized Water Index)水体信息提取方法。该方法受到NDVI和NDWI方法的启发,结合微波遥感中水体信息在影像中的特点,进一步研究了Sentinel-1双极化数据(VV和VH)之间水体信息提取的关系,以此关系达到增强水体特征的目的,同时消除土壤和植被的存在。分别以Sentinel-1A巢湖区域和Sentinel-1B鄱阳湖区域SAR影像为例来提取水体信息,实验结果表明该方法显著有效,但对影像中阴影的处理是未来研究的难点。

固体核磁共振中膜蛋白双交叉极化效率与动力学参数相关的定量分析

固体核磁共振(NMR)中双交叉极化(DCP)是用于膜蛋白信号指认的多维异核相关实验的基本技术模块.DCP的效率在很大程度上决定了多维异核相关实验的效率.本文分析了3种典型的膜环境中的膜蛋白(AQPZ、DAGK和EV71 2B)的DCP效率及其影响因素.结果显示,在相同的实验条件下,3种蛋白样品的DCP效率存在明显差异:其中AQPZ的DCP效率最高(31%),DAGK的效率次之(23%),EV71 2B的效率最低(14%).通过测量它们在旋转坐标下的自旋-晶格弛豫时间(T_(1ρ))和偶极耦合常数(DHN),发现膜蛋白的运动会明显缩短T_(1ρ),但对DHN的影响较小.在实验的基础上,建立了T_(1ρ)与DCP效率相关的模型,并基于DCP动力学的定量分析,证明了运动导致的T_(1ρ)缩短是降低DCP效率的主要原因.因此,可以通过定量分析未知样品的T_(1ρ)来预测其DCP的最优效率,为DCP实验的优化提供依据.

运用Sentinel-1A时序数据和动态时间规整算法提取稻虾田空间分布信息

针对稻虾田水稻移植期的不确定性给稻虾田空间分布信息提取带来的困难,运用SAR VH极化年时序数据、VV极化年时序数据以及调查区稻虾田各自极化的年时序数据通过标准化处理后,进行TWDTW方法(time-weighted dynamic time warping)计算,得到二波段(VH极化、VV极化)与调查区稻虾田年时序数据相似度空间分布栅格数据,再利用最大似然法进行监督分类,得到2016—2018年3年的监利县稻虾田空间分布栅格数据,分类结果与4块区域(龚场镇、福田寺镇、红城乡、白螺镇,面积分别是373.33、2200.00、126.67、240.00 hm 2)稻虾田实际分布图比较,其Kappa系数分别是0.79、0.80、0.75、0.90,介于0.75~0.90之间,说明运用Sentinel-1A时序数据和动态时间规整算法的提取方法是准确的。由于SAR传感器具有全天侯以及不受云层影响等特点,能定期获取研究区上空数据,相比光学传感器获得无云或者少云数据的不确定性,此方法能在实际操作中运用。

基于双极化时序InSAR技术的地表形变监测

针对时序干涉测量(Time-series Interferometric Synthetic Aperture Radar,TS-InSAR)技术在相干性较差地区监测结果不佳的问题,从极化数据的角度对传统TS-InSAR方法进行改进。实验选取珠海市高栏港经济区作为研究区域,以47景含有垂直发射垂直接收模式(Vertical transmit and Vertical receive,VV)和垂直发射水平接收模式(Vertical transmit and Horizontal receive,VH)的双极化Sentinel-1A卫星影像作为数据源进行实验,并对实验结果进行验证分析。结果表明:采用双极化数据能够有效提高时序InSAR技术的监测质量;造成该地区沉降的原因是地质条件和填海工程。该研究可为地区沉降监测和防治提供理论依据。

利用Sentinel-1A/1B雷达卫星数据监测南极接地线回退状况

南极接地线位置的准确确定对南极物质平衡计算、冰川动力学等具有重要意义。本文阐述了双差干涉测量(DDInSAR)提取接地线的基本原理,并利用欧空局Sentinel-1A/1B雷达卫星数据,基于双差干涉测量技术分别提取了东南极毛德皇后地沿岸冰架与西南极阿蒙森湾西侧Dotson冰架的接地线,将提取结果与已有接地线产品MEa-SUREs进行对比分析。结果表明,利用Sentinel-1A/1B雷达卫星数据,基于DDInSAR方法可对南极接地线进行提取及更新,并可对接地线的回退状况进行持续监测。通过监测,发现在Dotson冰架区域,接地线发生了较大的回退,1996-2018年的22年间,该区域的接地线大约回退2~5 km,其中最大回退距离达7.4 km。

基于Sentinel-1A雷达影像地表覆盖信息提取研究

为提取不同类别地表覆盖信息,本文利用Sentinel-1A双极化星载合成孔径雷达影像,使用Cloude极化分解方法获得雷达卫星探测到的地表目标散射机制信息,并以由散射熵H和α角所构成的特征空间中不同地表覆盖区域所对应的不同散射机制区域为基础,划分监督样本并结合Wishart迭代监督分类方法以及SVM分类方法进行地表覆盖信息提取,结果显示,根据H-α特征空间进行的监督分类方法中H/α-Wishart分类方法精度评价Kappa系数为0.804,H/α-SVM方法Kappa系数为0.827,两种不同方法的地表覆盖分类结果都能够达到较高的分类准确性,说明根据H-α特征空间进行地表覆盖信息提取是有效、可行的分类方法。

融合双极化Sentinel-1数据监测大型桥梁形变

针对合成孔径雷达在面对结构较为复杂的桥梁时,会出现部分区域点状目标密度低、精度低的问题,提出了一种融合双极化Sentinel-1数据监测大型桥梁的方法:(1)采用PS-InSAR和SBAS-InSAR技术获取桥梁VV和VH极化的时序形变结果;(2)根据不同极化数据对相同区域响应能力的差异,利用双策略对双极化结果进行优化与融合,以提升桥面点目标密度和精度;(3)对比分析双极化与单一极化结果的差异性。结果显示,桥面上的低相干性区域,VV和VH极化数据能够互补,融合结果较单一极化结果的点目标数提升了15%~20%。结果表明:本文提出的双极化融合方法,提高了对雷达影像信息的利用与挖掘,对悬索桥与斜拉桥的形变监测结果有较大提升。

双极化馈源、电动馈源、复合馈源

1 双极化馈源 早在BS卫星和亚洲1号卫星开播伊始,下行波束的极化方式还是很单一的。BS是Ku波段右旋圆极化,亚洲1号为C波段水平线极化。但是自从西南地区可以接收亚洲1号的垂直波;华南地区可以接收帕拉帕的水平、垂直波之后,C频的双极化馈源开始流行起来了。 90年代初期所流行的C波段双极化馈源和近年发展起来的一种Ku波段双极化馈源。