基于直接算法的合成孔径雷达干涉测量几何精度分析

直接将绝对相位差引入距离方程和多普勒方程答解地面点坐标,称为合成孔径雷达干涉测量直接算法。利用引入含有合理误差的模拟InSAR像坐标、绝对相位差和相应的轨道参数作为起算数据,求得含有误差的地面点坐标,实现了InSAR直接算法的几何精度分析。为了把基线长度和姿态的误差引入轨道空间位置,提出了相应的数学模型。计算结果表明,直接算法与经典算法精度基本相同。

InSAR相位解缠算法的分析与评价

相位解缠是合成孔径雷达干涉测量中的一个关键步骤,是主要的误差源之一,同时也是研究InSAR的一个重点和难点。相位解缠算法的选取对InSAR最终的成果(DEM或者形变量)有很大的影响。文中选取常用的Gold-stein枝切算法、预解共轭梯度法(PCG)以及最为流行的统计费用网络流算法(Snaphu),对西安地区的实例数据进行解缠运算,采用不同的评价标准对解缠结果的质量进行评价比较,并给出各自解缠算法的特点和适用情况,最后对相位解缠算法的未来发展方向进行展望。

基于SIFT算法的InSAR影像配准方法试验研究

配准是合成孔径雷达干涉测量(InSAR)中极其关键的一个步骤。本文详细介绍了SIFT算法,并根据其特点将其应用于InSAR数据的配准过程中。实验结果表明:SIFT算法在InSAR配准中是一种简单、有效和可靠的配准方法。

InSAR相位解缠算法的分析与评价研究

相位解缠是合成孔径雷达干涉测量中的一个关键步骤,也是主要的误差源之一,同时也是研究InSAR的一个重点和难点。相位解缠算法的选取对InSAR最终的成果(DEM或者形变量)有很大的影响。文中选取常用的Goldstein枝切算法、预解共轭梯度法(PCG)以及最为流行的统计费用网络流算法(Snaphu)对西安地区的实例数据进行了解缠运算,采用不同的评价标准对解缠结果的质量进行了评价比较,并分析给出了各自解缠算法的特点和适用情况,最后对相位解缠算法的未来发展方向进行了展望。

一种改进的星载分布式SAR相位保持成像算法

针对Chirp Scaling算法在推导中对相位采用近似处理而导致相位保持精度不能满足分布式星载InSAR系统对高程测量精度要求的问题,在对线性调频信号脉压处理中相位变化规律进行分析的基础上,结合星载分布式SAR数据处理对信号相关性的要求,推导了适用于星载分布式SAR数据处理的相位补偿公式,进而提出一种能够实现高精度相位保持的改进Chirp Scaling成像算法。算法精确补偿了包括复常数相位项、移零频所引入的线性相位项、距离向残留三次相位项及距离压缩后非均匀采样所引入的相位误差,并且能够实现分布式InSAR复图像对的粗配准。最后,给出了一种理论相位的计算方法,并通过计算机仿真验证了算法的有效性。

高精度InSAR基线估计及配准误差改正算法研究

人类生活在一个动态的地球上,[JP]地球内部或人类活动因素等造成地表相对运动,并引发地质灾害,威胁着人类的生命与财产安全。采用有效的方法和技术手段监测地表形变,对资源进行合理的开发利用与调节,满足人类的生产和生活需要,已成为谋求区域经济与社会可持续发展必须考虑的重要因素之一。合成孔径雷达干涉测量技术,又称InSAR技术,是近几十年发展起来的空间大地测量技术,可以为地表形变的大范围、空间连续监测提供强有力的手段。尽管InSAR方法和时序InSAR方法在火山活动、地震活动、山体滑坡、地下水开采、冻土退化以及城市沉降监测方面取得了令人瞩目的成果,但是这些形变分析方法在轨道误差去除、SAR干涉基线精确估计等关键算法方面仍需要进一步深入研究。此外,随着新一代SAR卫星Sentinel-1的发射升空,新的卫星数据给地表形变监测来了前所未有的机遇,同时也对SAR影像的配准算法提出了新的要求与挑战。本文针对现有的InSAR数据处理存在的问题,对轨道误差去除、干涉基线估计以及TOPSAR影像配准等进行深入研究,并提出解决相关问题的模型与算法,以提高InSAR形变监测结果的可靠性。

InSAR形变场最佳插值算法对比研究

由于InSAR干涉图的形变信息不全会对后续的分析反演结果产生不良影响,因此,为了提高干涉形变场质量,本文将最邻近插值、双线性插值、立方卷积插值和正弦函数插值算法用于InSAR处理过程中,并基于真实震例对4种图像插值算法进行对比分析及优缺点评估。结果表明,InSAR形变场空值越多,与真实形变差异越大;立方卷积法插值效果最稳定;正弦函数法运算量太大且数据质量提高不明显。

基于TanDEM-X数据和改进三阶段算法反演森林冠层高度

【目的】提出一种基于TanDEM-X SAR数据的RVoG模型三阶段算法反演森林冠层高度,以解决RVoG模型实际应用中模型成立条件难以严格满足、受地形影响导致森林冠层高度估测精度不高的问题。【方法】以云南省普洱市思茅区思茅松纯林和混交林为研究对象,开展经典三阶段算法、地面相位优化的三阶段算法、纯体散射复相干优化的三阶段算法和低估补偿改进的三阶段算法反演森林冠层高度试验。【结果】RVoG模型经典三阶段算法反演森林冠层高度存在低估现象(r=0.11,bias=-26.20 m,RMSE=7.16 m),地面相位优化的三阶段算法、纯体散射复相干优化的三阶段算法、低估补偿改进的三阶段算法反演森林冠层高度的估测精度较经典三阶段算法提高,其中低估补偿改进的三阶段算法反演森林冠层高度的改善效果最佳(r=0.79,bias=-1.69 m,RMSE=2.56 m);思茅松纯林的估测效果(r=0.81,bias=1.40 m,RMSE=2.27 m)优于思茅松混交林(r=0.72,bias=-3.09 m,RMSE=2.87 m)。【结论】相比经典三阶段反演算法,基于TanDEM-X SAR数据的改进三阶段反演算法估测精度更高。

基于D-InSAR技术的煤矿区地面沉降监测研究

概要叙述了差分合成孔径雷达(D-In SAR)的技术原理和数据处理方法,介绍了D-In SAR在地表形变监测中的应用技术和方法,针对研究区域的地表沉降特点选择常规D-In SAR和永久性散射体干涉测量(PSI)作为In SAR差分处理方式,分析并选取适合本项目研究的In SAR雷达数据,对兖州-济宁区域因煤矿开采产生的地表缓慢沉降和快速沉降进行数据分析并得出结论,达到了研究的目的。

联合时序InSAR技术和CS-Elman神经网络的板子沟地表形变监测与预测模型性能的评估

汶川县板子沟受2008年5月12日M_(S)8.0大地震影响,造成沟谷内松散物源堆积,近年来滑坡、泥石流灾害频发.针对板子沟地质结构复杂且缺乏有效监测和预测自然灾害等问题,该研究提出一种联合InSAR技术和布谷鸟搜索算法改进Elman(Cuckoo Search-Elman,CS-Elman)神经网络的预测模型来对板子沟地区进行地表形变监测和预测.首先采用SBAS-InSAR和PS-InSAR技术处理覆盖板子沟的22景C波段Sentinel-1A数据,获取地表形变监测值.其次,利用相关性矩阵分析从高程等12个评价因子得出最优评价因子,从多因子角度结合地表形变监测值构建CS-Elman预测模型.最后,通过对比实验分析CS-Elman模型的合理性和优越性.结果表明:(1)SBAS-InSAR和PS-InSAR技术监测同名点雷达视线(Line of Sight,LOS)向形变速率之间的相关系数R^(2)=0.91,具有较高的相关性,证明了两种技术联合分析的可行性;(2)分别选取训练样本数为198、298、398和498,得到CS-Elman模型的预测值与InSAR技术的监测值之间的最大绝对误差分别为11.314 mm、6.188 mm、3.763 mm和2.191 mm,平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、均方误差(Mean Squared Error,MSE)、均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)和平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)也均为样本数为498时最小,分别为0.895 mm、1.712 mm、1.308 mm和5.55%;(3)随机选取518个样本数据,CS-Elman模型的MAE、MSE、RMSE和MAPE分别为1.206 mm、2.052 mm、1.432 mm和6.09%,各项指标均优于Elman模型,验证了CS算法能够有效提高Elman模型的预测精度;(4)通过与GA-BP、CS-SVM模型的对比,验证了CS-Elman模型在地表形变预测中的精度更高,该方法可作为板子沟长时间形变监测和预测的有效手段.

融合单视线D-InSAR和BK模型的煤矿地表三维变形动态监测方法

合成孔径雷达差分干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar, D-InSAR)在获取地表形变的过程中有其特有的监测手段,针对D-InSAR矿区地表三维变形监测的难点,首先,顾及D-InSAR难以获取快速大梯度变形的特性,选取边界拟合度较好的Boltzmann函数模型,结合Knothe时间函数,构建一种BK(Boltzmann-Knothe)模型;然后,由于D-InSAR仅能获取地表沿视线向(line of sight, LOS)的短时段一维变形量,依据地表三维移动变形和LOS向变形的投影关系,结合目标区域地质采矿条件,构建适应短时段单视线向变形的适应度函数;最后,引入烟花算法(fireworks algorithm, FWA),提出了融合单视线D-InSAR和BK模型的煤矿地表三维变形动态监测方法。模拟实验表明,所提方法能够可靠准确地反演出全部开采沉陷动态预计参数,求参相对误差为0.11%~7.51%;在大变形区域,该方法监测的下沉和水平移动与真实值一致。抗差求参实验结果表明,在观测误差或模型参数误差的影响下,该方法反演参数的总体效果较好,在一定程度上表现出了抗差的能力。将该方法应用于安徽省淮南市顾北煤矿13121工作面,对2019-10-25—2019-12-12的煤矿地表三维变形进行监测,实现了矿区地表短时段D-InSAR监测向三维变形动态监测转化,且监测结果与地表移动观测站实测变形量较吻合,验证了D-InSAR矿区地表三维变形动态监测方法的可靠性与科学性。

GPS与InSAR形变结果融合分析

近年来,随着通信技术和计算机技术领域的快速发展,InSAR技术因其全天候、全天时和可穿透云雾的优势在地表形变监测和数字高程模型获取等方面取得了一定成果,全球定位系统（global positioning system,GPS）可获得高精度的单点定位精度,两者的数据融合既可以改正InSAR数据本身难以消除的误差,又可以实现GPS技术高时间分辨率和高平面位置精度与InSAR技术高空间分辨率和高高程形变精度的有效统一。从理论上推导了GPS与InSAR融合网平差的基本原理,利用西安地区ENVISAT影像观测数据解算的覆盖地区的InSAR监测结果以及部分有GPS监测结果的InSAR点进行了实验。由于InSAR观测到的是相干点之间高程方向的相对形变量,GPS观测结果是点的三维绝对形变,基于两者的监测结果,使用不同数量的GPS控制点进行约束平差,从而获得相干点的高程方向绝对形变结果,并对其进行对比、分析与讨论。

Inversion of vegetation height from Pol In SAR using complex least squares adjustment method

In this paper, we propose the novel method of complex least squares adjustment(CLSA) to invert vegetation height accurately using single-baseline polarimetric synthetic aperture radar interferometry(Pol In SAR) data. CLSA basically estimates both volume-only coherence and ground phase directly without assuming that the ground-to-volume amplitude radio of a particular polarization channel(e.g., HV) is less than ?10 d B, as in the three-stage method. In addition, CLSA can effectively limit errors in interferometric complex coherence, which may translate directly into erroneous ground-phase and volume-only coherence estimations. The proposed CLSA method is validated with Bio SAR2008 P-band E-SAR and L-band SIR-C Pol In SAR data. Its results are then compared with those of the traditional three-stage method and with external data. It implies that the CLSA method is much more robust than the three-stage method.