微弱回波条件下差分合成孔径激光雷达成像实验演示

本文针对差分合成孔径激光雷达(DSAL)未来应用场景具有回波信号微弱、平台与目标之间存在运动误差的特点,在微弱回波条件下进行了随机活塞运动目标的DSAL成像演示实验。采用波长为1 550nm的激光源,搭建了DSAL成像系统,接收孔径间距为188μm,目标距离为2.4m。通过在发射端加入偏振片对发射功率进行衰减,并利用步进线性平移台给目标到雷达之间的光程引入随机活塞运动误差。在激光发射功率约为50nW和20nW的情况下,对光程变化在[-5μm,5μm]的随机活塞运动目标进行DSAL成像实验,此时合成孔径激光雷达(SAL)图像由于随机相位误差而完全散焦,DSAL图像则聚焦良好。实验结果表明,在微弱回波条件下,DSAL系统仍能较好地消除相位误差,实现稳定成像。

经过改进的差分合成孔径激光雷达对振动的抑制

合成孔径激光雷达(SAL)是遥感领域的研究热点.振动是SAL系统中较为突出的问题.根据之前的研究结果,SAL对垂直航向的线振动比较敏感.为了抑制振动带来的相位误差,根据差分合成孔径雷达(DSAL)实现振动抑制的原理,提出了在距离向上交错放置的两个接收镜头实现差分接收的方案,从原理上分析了这种交错结构的DSAL系统对线振动和角振动的抑制能力,并分析了角振动对抑制效果的影响.采用实测的POS数据对抑制能力进行仿真可以看到,这种交错结构对线振动和角振动有较好的抑制效果.该结论为在工程中实现SAL成像的振动抑制提供了理论基础和系统选择方案.

差分合成孔径激光雷达高分辨率成像实验

利用1 550 nm波长的可调谐光纤激光器,建立了DSAL(Differential synthetic aperture ladar)高分辨率成像演示实验装置。在1.85 m的目标距离上,开展了合作目标的DSAL成像实验。利用基本的DSAL成像理论,重构了目标回波的相位史数据,实现了高分辨率合成孔径成像。详细给出了不同方位运动条件下获得的DSAL图像。实验结果表明:利用经过DSAL技术重建后的目标回波相位史数据,能够形成聚焦良好的高分辨率DSAL图像。这显示了DSAL技术对共模相位误差的稳健消除能力。此外,不同方位运动条件下的DSAL成像结果表明,在超过规定方位运动速度30%的范围内,均可观察到良好聚焦或至少可接受的DSAL图像,表明DSAL系统对方位运动速度变化有一定范围的适应能力。

煤矿开采沉陷监测——基于合成孔径雷达差分干涉测量的研究

采矿引起地面沉陷是矿区经常发生的一种破坏性灾害。作为空间对地观测技术的一个重要分支——合成孔径雷达干涉测量技术,可以实现高精度大范围的矿区开采沉陷监测,越来越受到人们的重视。采用"两轨法"差分干涉测量技术对矿区开采沉陷监测进行了试验研究,提取了垂直形变图,分析了试验区开采沉陷随时间变化的规律,并对沉陷区作了剖线分析。

星载合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术在形变监测中的应用概述

本文综述了地球表面形变的主要类型 (包括开采沉陷、地表沉降、地壳运动、地震形变、火山运动、冰川运动及山体滑坡等 )及其在我国的分布状况 ,结合合成孔径雷达干涉测量 (包括InSAR及D InSAR ,统称InSAR技术 )的技术原理及特点 ,介绍了国内外InSAR技术近年来在形变监测领域的应用与发展。通过与传统形变监测及GPS监测技术的对比后指出 ,由于InSAR特有的技术特点 ,使其在各类形变监测应用中具有传统方法无可比拟的技术优势 ,必将对形变监测的发展起到极大的推动作用。

合成孔径雷达差分干涉形变监测的质量评定分析

通过对D-InSAR数据处理过程中的不同误差进行分析,尤其是通过对差分干涉图和相位解缠的质量指标进行了详细分析和比较,研究了D-InSAR监测方案的质量评定与方案选取问题。并以西安地区1992～1993年间不同航迹,不同ERS干涉对的三个地面沉降监测方案为例进行了试验分析,结果显示采用干涉图和相位解缠的质量评定指标可以很好的进行监测方案的优选。

合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术在多年冻土区地表变形监测中的应用

多年冻土区地表变形严重影响着区域内生态环境和工程设施的稳定性。合成孔径雷达差分干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar,D-InSAR)技术作为一种新型的空间对地观测技术,为多年冻土区地表变形监测提供了新方法。通过近20年的不断深入研究,利用D-InSAR技术的多年冻土区地表变形监测取得了大量研究成果。首先介绍了D-InSAR技术测量地表变形的理论基础,进而概述了D-InSAR技术在多年冻土区地表变形测量中的应用现状,然后总结了D-InSAR测量过程中存在的关键问题及可能的解决方法。在此认识和分析的基础上,对D-InSAR技术今后在多年冻土区地表变形监测中的发展方向进行了探讨,以期为D-InSAR技术在多年冻土区地表变形监测中的推广应用和深入研究提供参考。

基于合成孔径雷达差分干涉测量技术的济南轨道交通1号线地表沉降监测

针对传统水准测量点观测的工作量大、易受外界环境影响、观测结果不直观等问题,利用20景Sentinel-1A卫星数据,依托合成孔径雷达差分干涉测量技术的空中遥感、形变敏感度高、微波穿透力强、几乎不受气象制约等特点,对济南轨道交通1号线地表沉降进行监测探究,并与传统精密水准测量数据进行对比分析。结果表明:此方法可直观显示济南轨道交通1号线沿线周围地表沉降情况,且监测结果与传统精密水准测量监测结果间的一致性很高,对轨道交通建设和运营的安全管理、安全预警具有一定的参考意义。

合成孔径雷达差分干涉测量在矿山开采区变形监测中的应用

合成孔径雷达差分干涉测量技术近年来发展迅速,被证明是一种针对矿山开采区变形监测的有效方法。因此对合成孔径雷达差分干涉测量在矿山开采区变形监测中的应用进行深入探究,包括对矿山开采区地表变形监测中的应用与矿山开采区沉陷变形监测中的应用进行了分析。

联合多孔径雷达干涉与常规合成孔径雷达干涉提取三维形变场

提出基于卫星升降轨多孔径雷达干涉(MAI)与常规InSAR联合处理的严密模型(融入了三维位移分量及相位解缠偏差校准参数)和基于加权最小二乘解算的方法提取地表三维形变场。以2003年伊朗Bam地震为实验区,选择已有滑动断层模型和基于像素偏移估计(AZO)的方位向形变结果作为参考,对联合解算所得到的三维形变场进行准确性评价。分析表明,MAI在方位向形变的估计精度和计算效率比AZO均有明显提升;实测形变场和已有滑动断层模型吻合程度较高,二者在垂直、南北和东西3个方向的均方根误差分别为2.7、4.1和3.2 cm。

基于SBAS-InSAR技术的淮北市地表沉降监测分析

长期高强度的煤炭开采和地下水抽采,导致淮北市地表发生大面积沉降,破坏了耕地以及生态环境,因此对地表沉降监测显得尤为重要。本文通过短基线集合成孔径雷达干涉测量(SBAS-InSAR)方法获取了2020年1月5日到2020年12月30日的淮北市地表年形变速率,并且使用水准数据对监测结果进行了精度验证。结果表明:淮北市沉降存在不均匀现象,年形变速率为-55~42 mm,淮北市地表沉降由地下煤炭资源开采和地下水抽采引起,主要地表沉降由采煤引起。研究结果可为地质灾害预防提供数据参考。

Sentinel-1A数据在填海区地表沉降监测中的应用分析

针对填海区形成的地表浅层的地质结构不稳定、易受建筑荷载影响等问题,本文基于12景Sentinel-1A数据,采用两轨法对填海区进行沉降监测分析。结果表明,填海区地表呈现不均匀沉降现象,2021年最大沉降量为-9.6mm,最大抬升量为13.4mm,分析其原因可能是由填海造陆形成的地表浅层地质结构不稳定造成的。同时,基于二等水准数据对InSAR反演沉降结果进行精度评估,结果表明,InSAR反演填海区地表沉降与二等水准测量结果有较好的一致性,最大偏差为3.55mm,最小偏差为0.28mm,STD和RMS值分别为1.25mm、1.86mm。

永久散射体雷达差分干涉应用于区域地表沉降探测

永久散射体干涉测量技术可以克服常规干涉方法在区域地表形变测量中的雷达信号失相关和大气延迟影响.本文对基于永久散射体的干涉处理全过程进行了分析,基于差分相位的两个主要特性:沉降信号时序相关、地形相位与空间基线成比例,提出构建PS网络,并采用间接观测平差法估计沉降速度网和高程修正网的全局最优解.实验选取上海地区近10年间的ERS-1/2卫星C波段SAR数据进行干涉处理,在永久散射体上分离形变信号、高程修正和大气分量,并最终提取上海地区高分辨率地面沉降速度场,PS结果与地面精密观测成果吻合较好.

典型区域气候下的D-InSAR大气形变误差分析

利用单站全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)精密单点定位原理(Precise Point Positioning,PPP)解算天顶方向的对流层大气天顶延迟,并对其一天内的变化进行统计平均,结合经典的Kolmogorov-Obukhov"2/3"扰动理论和随机场理论,基于对流层天顶延迟与大气折射率的时变相关性获得大气结构常数的平方C^2_n,通过计算我国北京、上海、昆明、乌鲁木齐四个典型区域在不同时间的C^2_n,评估各区域大气环境的湍流特性对不同基线长度的合成孔径雷达差分干涉(Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar,D-InSAR)系统形变误差的影响.计算结果表明:对于基线距离较长的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统来说,大气湍流的影响不容忽略,尤其是当大气结构常数的数量级在10^(-14)m^(-2/3)以上时,形变误差基本会达到厘米级.准确获取雷达成像时间内的大气结构常数,对进一步降低D-InSAR系统的形变误差起到举足轻重的作用.

一种基于逆问题的差分干涉SAR层析成像方法

高度-速率维成像时,差分干涉层析成像合成孔径雷达获取的观测数据在基线-时间平面非均匀分布。若直接对观测数据进行两维傅里叶变换来恢复散射体高度-速率维像,则因强副瓣存在,成像效果不理想。该文将差分干涉层析成像合成孔径雷达高度-速率维成像问题归结为2维积分方程的逆问题,提出了一种采用Backus-Gilbert算法实现差分干涉SAR层析成像的新方法,并使用Tikhonov正则化获得逆问题的正则解。仿真结果表明该文提出的方法能够克服基线时间不均匀造成的影响,获得较好的成像结果。

2024年新疆乌什Ms 7.1地震InSAR同震形变探测与断层滑动分布反演

2024年1月23日,新疆维吾尔自治区乌什县发生Ms 7.1地震,快速查明其同震形变场与发震断层滑动特征,有助于科学认识此次地震发震机理。利用Sentinel-1卫星升、降轨雷达影像,采用合成孔径雷达差分干涉测量技术获取了本次地震的同震形变场,进而基于Okada弹性位错模型,确定了本次地震的震源参数,并基于分布式滑动模型反演了本次地震断层面上的滑动分布。结果表明,升、降轨同震形变场沿视线向最大形变量分别为75 cm和48 cm,断层最大滑动量为4.2 m,主要集中在地下3~20 km区域;模型正演结果表明,此次地震在垂直方向最大抬升约53 cm,最大沉降约12 cm;发震断层运动以逆冲为主,兼具少量左旋走滑,根据InSAR结果及地质资料综合判断,本次发震断层为迈丹断裂。

基于永久散射体雷达差分干涉测量的城市地面沉降研究——以上海地面沉降监测为例

基于永久散射体雷达差分干涉测量技术，提出探测永久散射体的振幅信息双阚值方法，研究上海陆家嘴地区在1992～2002年的地面沉降，获得该地区的线性和非线性沉降量以及区域沉降场，证实了地表形变在1km范围内具有强相关性。结果显示陆家嘴地区在1992～2002年间的线性沉降速率为13．2mm／a，总体平均沉降速率为16．8mm／a，与实测结果之间具有较高的一致性。研究表明，PS—DInSAR技术不仅可有效探测地表离散目标的线性形变，还可探测其非线性形变以及获取地表区域形变场，并且可监测地表形变的时序变化过程。除了可用于城市沉降监测外，PS—DInSAR技术还可用于地震、火山、滑坡等地质灾害的监测。

基于组稀疏的极化差分SAR层析成像方法

差分合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)层析成像通过多航过数据重建观测目标的后向散射系数和视线方向形变速率。将全极化与差分SAR层析相结合,针对城市建筑成像高程向稀疏的特点以及全极化数据反演中,信号稀疏支撑集相同的特点,提出将稀疏约束与组稀疏约束相结合的求解模型,用基于层次稀疏的阈值迭代方法进行求解。通过仿真实验和基于BioSAR 2007实测数据的半仿真实验验证,实验表明全极化差分SAR层析成像方法,重构结果相较于单极化,提高了高程向和形变速率精度,且有更好的鲁棒性,在信噪比为10dB时,相较于单极化差分SAR层析成像方法,能更好恢复高程向信息和形变速率。

面向时序InSAR的卫星任务规划框架设计

随着国内自主雷达卫星和差分干涉合成孔径雷达技术(D-InSAR)及衍生的时序InSAR技术的发展,以时间序列上重复观测为主的长周期形变监测的应用与日俱增。对遥感卫星地面任务规划系统来说,规划和管理大量有时序关联的重复任务,从而最大限度地满足观测要求,是提升以形变监测为使命的雷达卫星运控效率的关键。在综合考虑雷达差分干涉任务序列性、一致性、周期性特征的基础上,设计了一种面向雷达卫星时序InSAR类型任务的规划框架,旨在规划序列任务时,考虑序列整体特性,进行序列任务组间的冲突检测。基于此方法,对现有的地面任务规划系统进行了优化升级,验证了框架的有效性。结果证明:该方法可快速、自动进行序列任务冲突消解,可为长周期序列任务的规划和管理提供设计参考。