灾害遥感中SAR三维成像技术的研究与应用

随着遥感技术的发展及防灾减灾救灾经验的积累,中国在灾害遥感研究与应用服务上取得了丰硕的成果。总结了我国灾害遥感技术的发展,从数据获取方式和成像方法 2方面阐述了合成孔径雷达(SAR)三维成像技术的研究情况,重点介绍了国内外SAR三维成像技术在灾害遥感中的应用现状及潜力。将SAR三维成像技术广泛用于灾害遥感还需要在系统设计、成像分辨力提升、观测场景建模及可视化、灾害系统理论及灾害遥感信息融合等方面进行重点研究。

InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

介绍了应用InSAR技术监测矿区地表沉降以及地下开采活动的原理;利用重轨差分InSAR技术获得了峰峰矿区地表ENVISAT和JERS 1的雷达形变干涉相位图;分析了在矿区地表沉降过程中ENVISATC波段和JERS 1 L波段形变干涉相位图的相干特性、相位特性以及干涉测量技术在矿区地表沉降监测中应用的可行性和局限性。实验结果表明,利用C波段和L波段雷达数据可以实施对矿区地表沉降的监测,但是C波段雷达受到空间干涉基线的限制更加严格,如果要实现对矿区地表沉降的监测,需要充分利用每个卫星回访时期的雷达数据,建立长时序的星载雷达形变干涉相位图序列,才能较好地实现矿区地表沉降监测。

超高分辨率机载聚束FMCW SAR成像方法研究

运动补偿问题是制约机载调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)实现超高分辨率成像的瓶颈。在考虑了载机存在非理想运动的情况下,讨论了信号持续时间内载机运动的补偿问题;深入分析了超高分辨率聚束SAR成像运动误差的空变特性;进而提出了适用于超高分辨率机载FMCW SAR成像的逆投影成像算法以及包括运动补偿环节的成像处理方案,并与基于波数域算法的方案进行了比较。理论推导和仿真实验,验证了方案的可行性和正确性。

频率源稳定性对BiSAR成像的影响研究

高稳定度的频率源是实现双站合成孔径雷达(BiSAR)系统相位同步的基础,该文研究分析了 收、发系统独立频率源条件下不同类型的频率误差对BiSAR成像的影响,确定了BiSAR成像的频率源 稳定性要求。最后,给出了计算机仿真的结果。

地球同步轨道寄生SAR系统的若干关键技术研究

地球同步轨道寄生SAR系统是利用地球同步轨道卫星传输的通信、导航等信号作为非合作照射源的一种双基地雷达系统,具有长时间观测目标区域、抗电子干扰、成本低等优势,有良好的发展前景.本文针对地球同步轨道寄生SAR系统发射源信号为连续随机信号且卫星航迹精确位置未知的特点,分析了脉冲重复周期和信号加窗长度的选取,研究了信号加窗后的满带宽、距离向信杂比问题以及卫星航迹的精确反演.最后,根据上述关键技术的研究分析,仿真实现了地球同步轨道寄生SAR系统成像.

序列SAR内波图像二维成像仿真研究

本文重新推导了Lynett和Liu的水平二维内波传播模型并在修正其几处错误后将其应用到了序列SAR图像的内波数值模拟上。同时结合M4S模型对数值模拟结果进行了SAR成像仿真,结果分析表明仿真图像与实际SAR图像有很强的相似性,清晰的再现了内波在传播过程受地型变化影响出现的传播方向平行于等深线、分裂等现象。本仿真研究也为解译全二维的SAR海洋内波图像提供了新的方法基础。

舰船目标机载ISAR成像的最优观测角研究

SAR处理对三维转动的舰船成像会产生模糊效应,如果采用适当的ISAR处理方法对舰船成像,则舰船的三维转动不仅不会造成模糊,还会提高ISAR图像的分辨率和信息量。观测到的ISAR图像信息依赖于观测视角,要得到信息量最大的ISAR图像需要对观测视角进行优化设计。文中详细研究了舰船目标的机载ISAR成像特点,导出了ISAR图像信息量与观测视角的定量关系式,给出了求解最优观测视角的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。

中国余数定理在双基线InSAR相位解缠中的应用

介绍利用中国余数定理求解同余方程组的基本公式,并将中国余数定理引入到双基线InSAR相位解缠中。构造关于干涉相位模糊数的同余方程组,设计基于中国余数定理的双基线InSAR相位解缠方法,扩展相位解缠的非模糊区间,为解决干涉相位欠采样区域的相位解缠难题奠定基础。利用不同地区的多套DEM仿真的双基线InSAR干涉图进行相位解缠试验,验证该方法在干涉相位欠采样等区域的解缠能力。

极化干涉SAR的研究现状与启示

阐述极化与干涉结合的基本考虑,介绍极化干涉SAR相干最优和相干目标分解的基本思想,总结分析极化干涉SAR技术、典型星载极化SAR系统研制和极化干涉SAR应用的研究现状,以得到开展极化干涉SAR技术研究的启示。

地基SAR形变监测误差分析与实验

地基SAR(Ground Based Synthetic Aperture Radar,GB-SAR)是进行区域性、全天时、全天候、定点连续形变监测的重要手段。该文对中国科学院电子学研究所研制的地基SAR系统ASTRO(Advanced Scannable Two-dimensional Rail Observation system)的形变监测性能进行分析,结合ASTRO系统成像几何给出了其形变监测模型和精度分析模型,着重分析了影响形变监测精度的主要误差源。最后以ASTRO系统为实验平台开展了形变监测实验与分析,验证了ASTRO系统用于形变监测的能力。

调频连续波SAR非线性处理方法研究

合成孔径雷达系统畸变引入的幅相误差严重影响了雷达的成像效果,必须予以校正才能获得高质量的图像。该文针对调频连续波SAR系统频率响应非理想特性引入的幅相误差以及信号扫频非线性误差对系统性能的影响,分析建立了存在系统误差的调频连续波SAR系统回波信号模型,研究了系统误差估计与校正的问题,并考虑小型化调频连续波SAR实时成像处理的需求,提出了一种改进的适合实时成像处理的调频连续波SAR的高精度非线性距离-多普勒成像处理算法。最后,通过理论推导和仿真分析,验证了算法的可行性和有效性。

单台相机机载InSAR基线动态测量方法研究

该文提出一种对机载干涉合成孔径雷达(InSAR)基线的动态测量方法。通过在机载InSAR天线上布设一定数量的控制点,采用单台内方位元素精确标定的数码相机对天线进行实时监测。基于实时控制点图像所建立的共线方程和后方交会算法,解算出相机测量坐标系与控制点辅助坐标系之间的转换参数。将转换参数代入待测点坐标方程后,计算得到天线中心在测量坐标系下的实时三维坐标。在实验室进行的静态和动态模拟实验取得较好结果,验证了该文提出的InSAR基线动态测量方案的可行性。

一种新型双极化口径耦合微带天线单元的研究

本文在比较了一些微带天线实现双极化思路后,提出了一种新型高极化隔离度和低后向辐射的双极化微带贴片结构:即在口径耦合单元的馈线上增加一对对称寄生微带线调节枝节,进行匹配阻抗和实现高极化隔离度,并利用H形口径耦合,减小贴片单元的后向辐射,提高天线的辐射效率。该结构简单,调节简便,馈线网络占有面积较小,且易做成更大规模的双极化天线阵,非常适合现在高分辨率双极化合成孔径雷达和抗多径干扰高的移动通讯系统的需要。文中给出了仿真和实测结果,吻合较好,从而证明了设计的有效性。

基于扩展波数域的机载双天线干涉SAR自配准成像算法

为减少机载双天线干涉SAR繁杂的图像配准处理过程,该文提出了基于扩展波数域(w K)的距离向自配准成像算法。该算法针对双天线因路径差引起的失配问题,在成像处理阶段通过采用高阶多项式拟合的手段,利用变标原理实现了图像对在距离向的精确配准。通过对仿真数据和X波段实际数据的处理,获得了较好的干涉条纹图,验证了算法的有效性。

长序列星载合成孔径雷达数据层析处理技术

介绍了利用长序列星载SAR数据实现三维成像的基本原理,以及使用空间谱估计技术实现高程成像的信号处理方法.给出了实现三维成像的处理流程,重点分析了长序列星载SAR数据三维成像所面临的主要问题及其解决方法,即长序列星载SAR数据配准、相位补偿、基线估计以及高程成像等关键技术的解决方法.进行了星载多基线SAR数据的层析处理实验,并介绍了其它实验结果,最后讨论了多基线SAR层析的应用潜力和未来研究方向.

顺轨干涉SAR浅海地形成像建模及其最优雷达观测参数分析

该文基于浅海海流动力模型、波流交互模型、后向散射模型以及Doppler谱模型对顺轨干涉SAR浅海地形成像进行了建模。利用建立的成像模型,在准1维近似的条件下对不同雷达频率、入射角、顺轨基线长度以及极化方式等参数对顺轨干涉SAR浅海地形成像的影响进行了探讨。在成像延时低于海面去相关时间的前提下,高频率、大入射角以及长顺轨基线条件比较适合于顺轨干涉SAR浅海地形成像;而极化方式对顺轨干涉相位变化的影响不大,如果综合考虑信噪比等因素的影响,VV极化仍是顺轨干涉SAR浅海地形成像的首选极化方式。

用于机载SAR的距离向波束赋形微带天线阵的研究

通过对宽测绘带的机载合成孔径雷达距离向回波特性的分析,推导出了天线距离向辐射赋形方向图表达式。利用Schelkunoff单位圆结合零限填充对天线阵进行综合,得到了天线各单元激励幅度和相位,并利用微带贴片天线阵列实现赋形波束方向图。该文用两种介质配置分别加工了实验样阵列,实验结果、仿真结果与理论综合结果三者吻合较好,从而证明了赋形方法正确,技术路线可行。

基于块压缩感知的SAR层析成像方法

基于压缩感知(Compressive Sensing,CS)的SAR层析成像方法(SAR Tomography,TomoSAR),虽然实现了对目标的3维重构,但对于具有结构特性的目标其重构性能较差。针对这一问题,该文提出了采用块压缩感知(Block Cornpressive Sensing,BCS)算法,该方法首先在CS方法基础上将具有结构特性的目标信号重构问题转化为BCS问题,然后根据目标结构特性与雷达参数的关系确定块的大小,最后对目标进行块稀疏的l_1/l_2范数最优化求解。相比基于CS的SAR层析成像方法,该方法更好地利用了目标的稀疏特性和结构特性,其重构精度更高、性能更优。仿真数据和Radarsat-2星载SAR实测数据的试验结果验证了该方法的有效性。

一种联合Khatri-Rao子空间与块稀疏压缩感知的差分SAR层析成像方法

虽然采用压缩感知技术(Compressive Sensing,CS)的差分SAR层析成像方法实现了4维空间信息的重构,但是此方法仅利用了目标的稀疏特性并没有考虑目标的结构特性,因此对同时具有稀疏特性和结构特性的目标进行重构时其性能较差。针对这一问题,该文采用联合Khatri-Rao子空间和块压缩感知(Khatri-Rao Subspace and Block Compressive Sensing,KRS-BCS),提出一种差分SAR层析成像方法。该方法依据目标的结构特性和重构观测矩阵具有的Khatri-Rao积性质,将稀疏结构目标的差分SAR层析成像问题转化为Khatri-Rao子空间下的BCS问题,最后对目标进行块稀疏的l_1/l_2范数最优化求解。相比CS差分SAR层析成像方法,该方法不仅保持了CS差分SAR层析成像方法的高分辨率特点,而且其重构精度更高性能更优。仿真数据和ENVISAT星载ASAR数据以及地面GPS实测数据的试验结果验证了该方法的有效性。

InSAR地形测绘若干问题研究

目前，我国已经把InSAR技术作为完成西部测图任务的重要技术手段之一，为了解决影响InSAR应用的技术瓶颈问题，促进InSAR技术的实用化，把InSAR技术应用于实际测绘生产之中，本文对InSAR相位解缠、干涉参数定标、解缠相位到高程转换、InSAR测绘作业流程及SAR影像制图等技术进行了研究；为了促进InSAR技术的进一步发展，