分布式小卫星合成孔径雷达多基线干涉技术

研究分布式小卫星合成孔径雷达中的多基线干涉技术问题。现有的多基线干涉技术提高三维地形成像性 能的办法主要有两种——利用多幅单视复图像提高干涉图像质量和利用迭代法提高地形高度估计精度。讨论这两种技 术在分布式小卫星合成孔径雷达中的应用。指出分布式小卫星合成孔径雷达中多基线干涉之所以提高干涉图像质量主 要在于:①干涉相位具有更高的估计精度;②干涉相位具有更大的模糊基;③干涉图具有更大的极限平均视数。给出分 布式小卫星合成孔径雷达多基线干涉迭代法提高地形高度估计精度的数据处理流程。

基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术的地面沉降监测

城市施工建设及地下水开采活动日益频繁,导致城市地面沉降问题日益严重。虽然传统地面沉降监测技术的精度较高,但成本也高。近年来,星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术发展起来,已被用于监测大范围地表形变,具有低成本、大面积、高精度等特点。首次采用永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PSInSAR)技术,监测上海西南某区域2017—2021年间的地面沉降。结果显示:除一处楼房外,该区域大部分地区未发生沉降,最大沉降速率约−7.10 mm/a,最大沉降量约25.43 mm。采用该技术监测沉降,一方面节省了大量的人力和物力;另一方面,本研究成果对城市地表沉降的科学防治具有重要的参考意义。

星载分布式SAR双频乒乓模式测高精度分析

星载分布式合成孔径雷达(SAR)系统用于干涉测绘,凭借其基线灵活、时间去相关很小的特点得到了快速发展。与传统模式相比,双频乒乓模式能够同时得到两种频率的多幅SAR图像,可以实现更高精度的高程测量。本文首先简单介绍了双频乒乓模式的工作原理,然后深入研究了该模式下SAR干涉对的相位比例关系和相关性,理论上分析了其干涉相位估计精度和对应的测高精度,从而为系统设计和干涉处理方法研究提供理论依据。最后仿真分析结果直观展示了双频乒乓模式相较于传统模式的优越性,由于该模式增加了不同频率的干涉相位数据,干涉相位估计精度和测高精度均显著提升。

星载合成孔径雷达的发展以及干涉测量应用

论述了星载合成孔径雷达的发展历程,介绍了作为其重要应用之一的星载InSAR的概念和发展,详细介绍了典型的系统如欧空局的ERS-1/2星对、美国的SRTM任务、新近发射的日本ALOS卫星以及计划今年发射的德国的TerraSAR-X雷达卫星和加拿大的RADARSAT-2雷达卫星。最后详述了星载InSAR未来的发展方向编队卫星技术以及国外重要的编队卫星计划如法国Cartwheel方案和德国TanDEM-X任务。

人工角反射辅助星载合成孔径雷达干涉测量技术在新松换流站沉降监测中的应用

新松换流站地处云南省喜马拉雅地震带附近,海拔高度达2600m。因地理位置因素,新松站附近局部地区采用高边坡、高抗滑桩。目前运维过程中,未采取能由运行人员在现场实施的,对边坡、抗滑桩形变进行监视的措施,因此极有可能由于长期地质改变、疏于监视而导致边坡垮塌、抗滑桩倾倒等恶劣的地质灾害。本次以新松换流站为试验区,有效证明了星载合成孔径雷达干涉测量技术可应用于换流站(变电站)高边坡、抗滑桩及重要设施的沉降监测中。

分布式无人机载InSAR混合多基线相位解缠与高程反演技术

干涉合成孔径雷达技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)作为地形测高的主要途径之一,可以获取地面场景的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),实现复杂地貌的立体感知。分布式InSAR系统可以灵活改变构型,具备柔性基线的特性,突破单站多通道InSAR的基线限制,有利于提高高程反演的精度,满足不同地形的需求,在复杂地理测绘、资源勘测、侦察预警等方面具有重要应用前景。现存的分布式InSAR系统以星载编队为主,构型有较大的限制,针对机载系统的研究尚少且都以双站单基线为主,对复杂陡峭地形的反演精度较低,甚至无法适用。针对现有系统的缺陷,本文提出了基于混合基线的分布式多基线无人机载InSAR高程反演系统,并改进InSAR技术以适配提出的新型体制。本文首先介绍了分布式混合基线无人机载InSAR系统的几何构型,并推导了本系统高程反演的原理;然后对比现有系统,阐述了适配分布式系统构型的相位解缠的技术优势并推导其实现方法,从理论上论证了本文提出的灵活构型的干涉系统对于复杂陡峭场景的适用性;最后通过对仿真地形、真实山地地形的仿真实验,实现了分布式混合基线无人机载InSAR系统对地物目标场景的高程反演,验证了本系统技术的可行性;并通过与现有系统的对比分析,凸显了本系统在复杂地形高程信息反演方面的优越性。

基于快速分布式目标探测的时序雷达干涉测量方法:以Lost Hills油藏区为例

针对当前分布式目标雷达干涉测量运算效率低、选点困难等问题,本文提出了一种建立在快速同质点选取下的干涉数据处理框架.相比之前的时序数据处理方法,新方法具有选点快速、自适应性强的特点,能在保留影像分辨率基础之上增加空间点密度.另外,在统计推断的基础上,提出基于无偏空间相干性估计的分布式目标选择方法,进而弥补了传统经验阈值设定的缺陷.本文以美国加州Lost Hills油田区为例,在论证数据处理框架的可行性基础之上,分析了因孔隙流体萃取和孔隙压力降低引起的地表变形.

分布式星载干涉SAR中空间基线的分析和设计

分布式星载干涉SAR可以同时实现三维地形成像、洋流成像和提高空间分辨率等3种SAR于涉成像。其系统基线设计需要同时考虑这3种SAR干涉成像对基线的不同要求,所以比较复杂。该文在给出分布式小卫星被动稳定编队飞行的空间构形和3种SAR干涉成像对系统基线要求的基础上,提出了分布式星载干涉SAR基线设计中存在着3个制约关系;给出了协调这3个制约关系的一种设计准则,并在此准则下对一个L波段的分布式星载干涉SAR进行了系统基线设计。

分布式星载干涉SAR基线设计与性能分析

基于线性化开普勒方程给出了分布式SAR卫星的轨道要素计算公式 ,分析了分布式星载干涉SAR的高程测量精度、速度测量精度以及改善空间分辨率的性能指标 ,建立了分布式SAR卫星的空间几何模型 ,结合编队构形设计进行了极限基线分析 ;在此基础上提出了一种通用的三维编队飞行分布式星载干涉SAR基线设计方法 .基于L波段分布式SAR卫星进行了编队轨道参数设计 ,给出了干涉基线的仿真结果 。

星载合成孔径成像雷达发展现状与趋势

回顾了星载合成孔径成像雷达的发展历史,总结了现有星载合成孔径成像雷达的技术特点。现役星载合成孔径雷达的主要工作模式有聚束、条带和扫描3种,雷达采用的天线形式分为相控阵天线和抛物面天线2大类,而且性能要求全面的系统主要采用相控阵天线。最后指出了星载合成孔径雷达今后可能的发展方向,认为更高的空间分辨率、高分辨率下的宽幅成像与干涉成像是今后技术发展的主要方面。

基于测高精度最优值的星载分布式InSAR编队构形设计方法

编队构形设计是分布式干涉SAR系统总体设计的关键问题,它必须紧密结合系统性能评价和编队运动规律进行。针对星载分布式干涉SAR的双站、斜视、空间基线等特点,以主星带辅星群分布式InSAR为例,建立干涉测高精度与基线矢量的关系;以直角坐标过渡,建立基线矢量与卫星间轨道根数差的关系,从而建立了测高精度与卫星轨道根数差的关系;以雷达工作的中间时刻达到测高精度最优值为设计准则,得到双星和多星编队设计方法;仿真分析表明根据上述设计方法得到的优化编队构形,其测高性能要优于干涉车轮和干涉钟摆编队。

利用多基线数据融合提高分布式卫星InSAR系统的干涉相位精度

分布式卫星干涉合成孔径雷达(InSAR)系统可以通过提供长基线来提高测高灵敏度,但长基线会给干涉相位展开带来困难。结合分布式卫星InSAR系统可以同时提供多个稳定基线的特点,该文提出利用多基线数据融合的方法来解决长基线给干涉相位展开带来的困难。文中采用了有效的数据融合方法——最大似然估计(ML)法,对多基线分布式卫星InSAR系统的干涉相位进行了估计。模拟结果表明,经过多基线数据融合的干涉相位展开精度要远远大于长基线干涉相位的直接展开精度。

基于中国剩余定理解分布式星载SAR-ATI测速模糊

分布式星载SAR系统利用沿航迹干涉对地面运动目标测速时,由于较长基线导致严重的测速模糊。该文在研究鲁棒性中国剩余定理的基础上,利用剩余定理在满足某些约束条件下得到唯一解的原理,分析了多基线和多频率分布式星载SAR-ATI系统解速度模糊的方法,同时推导了多基线和多频率的约束条件,以及最大测速值。仿真结果表明该文算法能有效地解分布式星载SAR-ATI系统动目标速度模糊,为分布式星载SAR系统设计与基线设计提供了一定的指导作用和参考价值。

主星带小卫星分布式SAR干涉的相对测高精度分析

相对测高精度是干涉SAR测高性能的重要指标之一。该文根据主星带小卫星分布式SAR系统的实际空间几何条件下建立了干涉测高原理;基于相对测高几何,推导了相对测高精度与干涉相位误差的关系式;理论分析了基线去相关、图像配准误差去相关、热噪声去相关等,并推导了图像相关系数;最后,仿真分析了图像去相关因素对于主星带小卫星分布式SAR干涉的相对测高精度影响。结果发现:对于平坦地形来说,热噪声与配准误差是影响相对测高精度的主要因素,而基线去相关影响相对较小。

分布式雷达系统相位同步问题的研究

文中分析了时间、空间、相位难以同步,严重限制分布式卫星双站SAR雷达性能的问题,提出了一种解决相位同步问题的补偿办法。该办法能很好地满足双站雷达干涉成像的性能要求,也能用于其他的分布式雷达系统。

一种主星带小卫星分布式SAR系统的多基线干涉测高方法

针对主星带小卫星分布式SAR系统进行多基线干涉测高的优越性,本文提出了一种多基线干涉测高方法。先从干涉测高原理入手,分析特征量ψ对于绝对测高精度的影响;利用第三颗小卫星接收的回波得到另一个干涉相位,消除掉原来的特征量ψ,建立了多基线干涉测高原理,并推导了所有特征量对于绝对测高精度的误差传递;最后,仿真结果证明本方法是有效的。

基于分布式压缩感知的重轨干涉SAR形变检测方法与实验（英文）

提出一种基于分布式压缩感知(DCS)的重轨干涉SAR形变检测方法.DCS理论利用多次观测信号集的联合稀疏特性和相关性,对信号集进行联合重建.本文将DCS理论引入微波成像形变检测中,并对地基SAR复数据进行处理,利用相位数据检测场景形变,比较压缩感知(CS)算法和DCS算法在降采样条件下的重建结果.CS算法和DCS算法都具有保相性,在幅度和相位图像中可以很好地消除副瓣,成像效果比Omega-k算法好.基于DCS的稀疏微波联合观测系统可以利用多幅场景间回波数据的联合稀疏特性,进一步降低数据采集,实现准确重建和检测.

星载分布式InSAR目标定位模型研究

针对星载二号分布式干涉合成孔径雷达系统目标定位的问题,以双基成像模型为基础,推导了雷达发射信号时刻与接收回波时刻卫星平台位置及速度发生变化的三维目标定位方程,给出了解算过程中的数据处理策略。文中采用星载分布InSAR干涉影像进行的无控制点条件下的定位和精度检测实验,验证了模型和数据处理策略的有效性和准确性。

星载分布式InSAR基线定标场范围确定方法

为了解决星载分布式InSAR基线定标场选址问题,本文提出一种基线定标场范围确定方法。该方法首先考虑定标场地形要求,选择平坦地区并保证InSAR干涉成像质量;然后根据定标模型,设计了系统同向运行定标和升、降轨定标两种情况下的定标场范围计算方法;最后将系统运行参数和地球椭球参数作为输入条件,计算了不同纬度值对应的定标场最小范围。该方法可直接服务于基线定标场选址,为下一步基线定标场建设奠定基础。