基于植被指数的Sentinel-1失相干评估

Sentinel-1数据自全球免费开放以来已被广泛应用于合成孔径雷达干涉测量及相关应用领域,但是其短波长的特性使其容易在部分低相干区域,特别是在植被覆盖区产生失相干现象,因而目前主流的干涉后失相干评估策略可能会造成Sentinel-1数据的浪费和研究成本的提升。针对此情况,本文在顾及极化方式的前提下,分别建立了光学遥感植被指数NDVI和VV/VH极化下Sentinel-1相干系数的定量模型,并在邻近的验证区对模型精度进行了验证,证明了模型的可靠性。基于建立的模型,可以在Sentinel-1数据干涉前对失相干进行定量评估,以克服上述干涉后评估策略的缺点,提高干涉测量的效率并降低研究成本。

D-InSAR处理中失相干问题的研究

失相干问题是合成孔径雷达干涉测量技术实用化的最大障碍之一,尤其是在D-InSAR处理中,失相干问题更为突出.通过对D-InSAR处理中的各种失相干源进行量化计算,找出了D-InSAR处理中影响SAR像对相位间相干性的主要因素,进而在理论分析的基础上,提出了减小D-InSAR处理中相位失相干的有效方法.

基于雷达干涉失相干特性提取冰川边界方法研究

冰川边界提取是冰川变化监测的一个重要参数,光学冰川遥感方法可以有效、精确的提取出无云区域冰川的边界信息,但是,对于有云区域和天气状况不好的冰川区域却很难获取冰川的边界信息.提出了一种基于SAR干涉失相干特性的提取冰川边界信息的方法,该方法利用内陆冰川表面失相干问题严重的特点,通过比对冰面相干系数和非冰覆盖区域的相干系数,采用阈值法对冰川区域的干涉相干图进行冰川边界的提取.根据上述方法提取冰川边界的精度达到89%,结果表明利用雷达干涉失相干特性进行冰川边界提取是可行的.

基于Sentinel-1的典型地物时间失相干分析

为了探究影响Sentinel-1时间失相干的因素,实验选取美国南加州柯汶纳市及其周边区域进行研究,使用50景Senti⁃nel-1数据,分析了不同地物的时间失相干现象,并研究了风雨等天气因素及不同极化方式对相干性的影响。主要得出以下结论:Sentinel-1数据典型地物的失相干特征区别较大,可以较好地指导地物识别、辅助土地分类;小于7.5 m/s的风速对相干性几乎无影响,而降水是导致地物失相干的重要因素,对农作物相干性的影响更大且持续性长;VH极化方式抗干扰能力更强,VV极化方式对变化的感知能力更强。实验研究表明:选取相干目标应考虑土地覆盖类型的影响,也需要利用气象数据对干涉图失相干情况进行评估,同时应充分利用不同极化方式的数据。

地震同震形变场失相干恢复方法研究——以2009年拉奎拉M_(W)6.3地震为例

在合成孔径雷达干涉测量中,干涉相干是局部干涉条纹质量的重要评价标准,但是由于各种失相干源的影响,会出现失相干现象,而这可能会丢失重要的形变数据。本文首先利用ENVISAT ASAR的两景影像获得了2009年意大利拉奎拉M_(W)6.3地震的带有失相干现象的同震形变场,对数据预处理后再使用移动窗口克里金法对拉奎拉地震的同震形变场进行插值处理,恢复了形变图的失相干区域,之后进一步通过正反演获得同震形变场,并与上一步的插值结果进行对比分析。结果显示,插值结果与反演结果在极震区吻合得很好,验证了移动窗口克里金插值法恢复失相干的可靠性,说明插值法可以成为实现地震同震形变场失相干恢复的一种途径。

InSAR技术与失相干研究综述

由于地震的破坏,导致地震前-后SAR图像出现了失相干现象,而失相干的存在则会导致使用DInSAR技术无法测量地表位移,从而阻碍了InSAR技术的发展。所以对DInSAR处理过程中的失相干问题进行理论分析和研究,进而提出减弱或者找到恢复失相干问题的方法是InSAR技术继续发展的一大前提。本文概述了InSAR技术发展现状和失相干问题的国内外研究现状,总结了各种失相干源,并对每个失相干源的解决途径进行了归纳整理。最后简介了两种用于失相干恢复的方法 -自适应局部克吕格技术(Adaptive Local Kriging,ALK)以及基于SDM反演和EDCMP正演法。通过对各种失相干源介绍,使我们了解了失相干问题的成因和目前解决失相干问题的途径,对有失相干现象的遥感影像数据的恢复的研究工作有着重要参考意义。

基于相干点目标的多基线D-InSAR技术与地表形变监测

失相干(Decorrelation)与大气波动是影响重复轨差分干涉测量(D-InSAR)进行地表形变信息提取的主要因素。相干性降低使得干涉纹图在空间上表现为不连续,难以完成相位解缠。重复观测时大气波动引起的相位延迟在空间域上的不均一分布则降低了D-InSAR提取形变信息,特别是空间范围覆盖较大的形变场的精度。介绍了一种基于相干目标的多基线D-InSAR数据处理算法。该算法根据少量SAR数据构成多基线干涉纹图集,分别利用点目标检测算法和相干系数均值作为相干目标提取的测度;利用相位回归分析模型对干涉相位进行时间域迭代处理,从干涉相位中提取线性形变速率和DEM误差改正,通过迭代处理补偿高程误差,解算线性地表形变速率。该算法提高了D-InSAR形变监测的时间采样率,能准确获取每个观测时刻的形变累积量。以沧州地区2004—2005年的SAR数据为例,获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。

C-band和L-band雷达干涉数据西部冰川区域相干性对比分析

干涉雷达相干性问题是制约利用干涉方法提取中国内陆冰川相关参数的重要原因。本文在理论分析干涉空间失相干因素的基础上,从垂直基线、地面坡度和波长3个方面对比了雷达干涉数据在内陆冰川表面的干涉特性。以中国西部典型的内陆冰川(冬克玛底冰川)为研究区域,采用C-band的ENVISAT/ASAR和L-band的ALOS/PALSAR数据,对比分析二者在冰川区域相干性的差别,并给出了量化结果。研究表明,相比于C-band雷达干涉数据,L-band雷达干涉数据在内陆冰川区域具有更强的抗失相干的能力,更适合于内陆冰川相关参数的提取。

时空基线对相干性的影响分析

基线长度是干涉合成孔径雷达的基础,研究基线与相干性的关系对干涉像对的选择有着重要的参考价值。本文采用理论分析和仿真试验相结合的方法,从理论上分析了时空基线对相干性的影响规律,用仿真实验建立时空基线共同影响相干性的模型关系,并随机选择16组数据对模型进行验证。结果表明,时间基线和空间基线分别对相干性具备反比幂函数关系,本文建立的时空基线模型与软件模块计算结果很接近,相关系数达到0.92,说明本文建立的模型具有一定的合理性,可以作为干涉像对选择的参考依据。

D_InSAR处理中相干性的优化参数

失相干问题是合成孔径雷达干涉测量技术实用化的最大障碍之一,尤其是在地形起伏的沟谷区域,失相干问题更为突出。然而我国的地质灾害频发的区域主要集中在地形复杂的沟谷区域。因此如何将D_InSAR技术利用于地质灾害监测中,失相干问题是不得不面对的一个重要问题。本文通过针对实验区,对D_InSAR处理中的参数进行优化调整,发现了D_InSAR处理中多个参数是相互影响失相干的主要参数,进而在理论分析的基础上,提出了在地形复杂的区域,减小D_InSAR处理中相位失相干的调整参数的方案。

基于PSInSAR技术的海原断裂带地壳形变初步研究

常规差分干涉测量(DInSAR)受时间、空间失相干的严重制约和和大气延迟等相位误差的影响,难以实现对长期累积微小地壳形变场的有效探测.PSInSAR技术克服了常规DInSAR的局限性,能够高精度监测微小地壳形变.本文首先介绍了PSInSAR技术的算法模型和处理方法.该方法通过二维线性相位模型,对时序干涉图象上相干点目标的差分干涉相位进行回归分析,逐次消除大气延迟、轨道残余和地形残余等相位误差,提取出准确可靠的形变相位,进而得到相干点目标上的累积形变量和形变速率.在此基础上,以祁连山海原断裂带为实验研究区,利用2003～2009年的21景ENVISAT ASAR数据,采用上述相干点目标处理方法进行了海原断裂带地壳微小形变的探索性研究,得到海原断裂东段绝大多数高相干点的形变速率在6～7 mm/a,2003～2009年共6.3年累积位移平均值约为4.2 cm,运动性质为左旋走滑.这一结果与GPS,库仑应力反演和地质学方法得到的结果基本一致,说明PSInSAR技术在长期累积微小地壳形变探测中具有广阔的应用前景和巨大发展潜力,有望成为探测震间微小形变,获取地震形变异常的有效途径之一.

地表形变D-InSAR监测方法及关键问题分析

总结和分析了地表形变D-InSAR监测的主要方法和当前所面临的主要问题。针对常规D-InSAR技术中大气相位和低相干区域相位解缠,分别介绍了基于Delaunay三角网的不规则格网解缠方法、累积干涉纹图处理方法(Stack ing Interferogram s)、永久性散射体(PS)技术以及角反射器干涉测量(CR-InSAR)方法,分析了各自的适用条件和优缺点。此外,对有限数据量条件下低相干区域大气相位校正和相干目标识别等问题进行了重点讨论。立足于工程应用需要,分别对D-InSAR测量地表形变的参数要求、测量结果的精度验证、D-InSAR测量值与形变的关系、大区域处理以及形变场时空演变等问题进行了分析和讨论。

利用短基线差分干涉纹图集监测地表形变场

针对重复轨合成孔径雷达差分干涉测量中的失相干和大气扰动问题,介绍一种基于短基线差分干涉纹图集的地表形变时间序列及形变速率提取算法。选择短基线干涉像对构成差分干涉纹图集,以均值相干系数阈值为长时间间隔下相干目标识别指标,将离散相干点目标构建成Delaunay三角网,利用最小费用流算法完成相位解缠;视大气扰动引起的相位延迟为随机误差,以奇异值分解法对形变相位序列进行最小二乘处理解算形变累积量,通过最小二乘回归得到相干目标的形变速率。试验结果证明该算法对长时间序列形变场时空变化连续监测有效。

SAR遥感图像在汶川地震灾害识别中的应用

汶川地震发生后,受阴雨天气的影响,光学遥感影像在救灾决策中的作用受到了很大的限制,而SAR图像由于其全天候的特点成为这次抗震救灾前期遥感信息保障十分重要的数据源.采用ENVISAT的ASAR作为数据源,利用多时相的雷达数据的幅度及相位信息对映秀及周边地区做了地震灾害识别,其中利用震前震后的幅度图像做比值变化检测,在映秀镇及紫坪铺水库等山区取得了较好的效果;利用相位信息做干涉处理得到的相干图像,经过失相干分析,发现建筑物的破坏等级与相干系数变化指数的大小高度相关.比较这两种方法,在都江堰等平原地区由于失相干现象不像山区那么严重,并且利用比值处理可以去除部分空间失相干及系统热噪声等带来的干扰因素,可以成为幅度图像的有益补充.结果表明,结合SAR幅度影像和干涉相干影像,可以在地震灾害评估中取得更好效果.随着极化干涉雷达技术的日益成熟,多时相幅度信息、相位信息等多特征SAR影像信息的融合会在救灾决策中发挥更大的作用.

苏通桥对非一致地震地面运动的反应和人工波质量的讨论

台湾集集地震SMART-II密集台阵的,带有GPS国际标准时间校准的7群非一致地震地面加速度记录,和2群以杂交法针对苏通桥桥位断层和地质构造产生的非一致地震人工地面加速度时程历史作为输入,分析了世界最大跨斜拉桥——苏通桥——对非一致地震地面运动的变形和内力反应。每群地震输入由两个或三个台站的三分量加速度记录组成。还考虑顺桥向与波传播方向、断层走向间不同夹角、大桥是否跨越断层的情况下非一致地震地面运动的反应,并与由每群台站记录中含最大水平地面峰值加速度的记录构成的一致地震地面运动的反应做了比较。比较表明:尽管相应的一致地震输入是由一群台站记录中含最大水平地面峰值加速度的记录组成,苏通桥的半数非一致地震反应仍比相应的一致地震反应大,个别情况的非一致反应甚至比一致反应大得多。因此,苏通桥这样的特大桥的抗震设计应当考虑非一致地震的影响。还提出桥梁设计者应根据桥的动力特性对地震安全性评价提出所需的地震动参数。还检查了有关部门对苏通桥抗震设计提供的人工加速度波的反应谱和互相关系数,结果表明桥梁设计者应当在多方面检查所提供的人工波的质量。

基于序列差分干涉纹图的地表形变速率提取

介绍了一种基于序列差分干涉纹图的地表形变速率提取算法。该算法根据空间离散分布的相干目标,利用Delaunay三角网构成相位解缠网络,应用最小费用流算法完成相位解缠;根据序列差分干涉相位,利用线性模型解算相干目标形变速率,进而抑制大气波动对形变信号的影响。以廊坊地区2004～2005年ASAR数据为例,获取了该地区地表沉降线性速率及其演变状况。

IPTA方法在地面沉降监测中的应用

干涉点目标分析(IPTA)技术是一种新兴的In SAR形变测量技术。它克服了常规雷达差分干涉测量(DIn SAR)受失相干因素和大气延迟影响较大的问题。介绍了IPTA方法及处理流程,并对参数迭代估计、基线精化等关键问题进行了阐述。对加利福尼亚州安大略市的39幅ENVISAT ASAR数据进行IPTA处理,提取了2005—2010年间的地面沉降信息并进行了形变分析。结果表明,该方法在大范围地面沉降监测中应用效果良好。

融合实测数据的地表沉降SBAS-InSAR监测方法

近年来我国煤矿地下开采深度不断增加,深部非充分开采条件下矿区地表沉降量偏小、持续周期长,使用小基线集(SBAS)时序InSAR技术可用于获取矿区地表高时空分辨率的变形信息,然而InSAR监测中失相干问题会导致部分下沉区域无法得到有效形变信息。提出了一种融合实测数据的地表沉降SBAS-InSAR监测方法,以万年矿沉降区的26景哨兵1A数据和部分水准实测数据为试验数据,通过融合部分同时期水准实测数据,采用反距离加权插值法(Inverse Distance Weighted,IDW)对研究区内失相干区域进行IDW空间插值,得到地表沉降区完整且连续的地表沉降信息,解决了部分沉降区域因植被旺盛引起的InSAR数据失相干问题。通过提取研究区内走向及倾向时序沉降曲线,对万年矿工作面132153和132157非充分开采地表沉降规律进行分析,发现工作面132153较132157沉降范围更广,沉降量更大,是由其开采过程中邻近老采空区出现“活化”现象所致。选取和对比3个同时期的InSAR监测结果与水准实测结果,其均方根误差分别为±6.0,±4.4和±9.8 mm。研究结果表明,融合实测数据和IDW插值后的SBAS-InSAR应用于矿区深部非充分开采地表沉降时序监测具有很高的可靠性,监测精度完全满足相关工程技术要求。

不同尺度综合地表形变InSAR时序监测与机理分析

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术作为近年来发展起来的一种空间对地观测技术被广泛应用于不同类型的地表形变监测。为克服时间、空间基线失相干,DEM误差、大气延迟效应等因素对形变监测的影响,具有稳定后向散射特性的相干点目标作为研究对象的时序InSAR技术应运而生。然而,由于其应用研究起步较晚,在高精度地表形变监测中仍面临诸多技术难题,如常规SBAS方法时序形变监测时因多数据子集而导致的基准缺失、低相干条件下高相干点目标的有效识别、时序InSAR大范围地表形变监测及监测成果的精度评定等。

一种SAR与光学影像融合的露天矿采动识别方法

露天矿的违法开采不仅破坏自然环境,而且容易造成人员伤亡。为有效对露天矿开采活动进行识别和监管,提出一种合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)与光学影像融合的露天矿采动识别方法,即基于地表过大形变会造成合成孔径雷达差分干涉测量(differential SAR interferometry,DInSAR)失相干的特性,利用差分干涉得到相干性系数图,经过地理编码后与测区光学影像配准叠加,实现对露天矿开采活动的有效识别。通过选择Sentinel 1A的SAR影像与Sentinel 2A的光学影像对鄂尔多斯露天矿区开采活动进行识别,共发现12处失相干区域,其中1处是水体对雷达波的反射性差所造成的,11处为露天矿开采活动所造成的,研究结果为相关部门进行监管执法提供了可靠的数据支持。