星载SAR干涉技术获取DEM及其精度分析

星载合成孔径雷达干涉（InSAR）技术是一种数据覆盖范围广、廉价、高效、方便的数字高程模型（DEM）获取方法,但在地面植被覆盖广、大气水汽含量高的地区其影像相干性随时间基线的增加迅速降低;同时,SAR卫星的轨道误差也影响DEM精度。利用ERS-1/2卫星串行模式SAR数据获取镇江地区DEM,分析了轨道误差对DEM精度的影响;根据干涉相位的统计特性,从理论上给出干涉相位噪声与相干系数和视数之间的关系。实验结果表明就干涉像对的卫星轨道误差和相位噪声而言,在小区域内DEM精度优于3.5 m。     

InSAR技术获取高山峡谷区DEM精度研究

通过对金沙江河段高山峡谷区L波段的Alos-Palasar和C波段的Radarsat-2雷达单视复数数据的干涉处理,获取此区域的数字高程模型(DEM)。利用SRTM 90m分辨率的DEM为参考数据,通过对比分析发现InSAR技术生成的DEM精度与相干系数、地形和波长有密切的关系。同时也验证了在相干性好,地形起伏不太剧烈的地区,用InSAR技术生成DEM是可行的。     

多基线InSAR技术的震区DEM提取及精度分析

针对汶川特大地震发生后的震区地形严重破坏，原有的地形图及DEM数据不再具有时效性，不能准确地描述地质特征，亟待更新重建。收集了2007年8月至2010年7月的20景Envisat ASAR影像数据，采用多基线InSAR技术对研究区域DEM进行提取，并对生成的ASAR DEM与ASTER GDEM和SRTM DEM进行了比较分析。实验结果表明，由于时效性原因，ASTER GDEM和SRTM DEM不能较好反映震后地面高程变化情况；所提取的ASAR DEM能有效弥补震后灾区DEM不足，在一些植被较少和地质稳定区域，ASAR DEM有着较高的精度，多基线InSAR技术提取方法为震后形变区域DEM提取提供了一个很好的途径。     

ENVI SARscape高级雷达数据处理工具

合成孔径雷达（SAR）拥有独特的技术魅力和优势,逐渐成为国际上的研究热点之一,其应用领域越来越广泛。SAR数据可以全天候对研究区域进行量测、分析以及获取目标信息。InSAR技术可提取地形信息和地表形变信息,SAR及其干涉测量技术主要应用于地形数据（DEM）提取、地表沉降监测、滑坡／冰川移动监测、目标识别与跟踪、原油泄漏...     

基于机载InSAR生成DEM技术研究试验

本文描述了机载双天线合成孔径雷达干涉测量数据生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)技术,针对机载双天线InSAR数据自动生成DEM的数据处理流程进行试验,主要包括:复图像配准、干涉条纹图滤波、相位解缠、相高转换。本文基于VC++开发了机载InSAR干涉处理原型系统,利用分辨率为2m×2m的机载双天线X波段InSAR数据进行了干涉处理实验,并将生成的DEM和实测的控制点数据进行了对比分析。试验结果证明基于机载双天线InSAR数据生成DEM技术可满足1:50000的精度要求。     

ENVI SARscape高级雷达数据处理工具

合成孔径雷达（SAR）拥有独特的技术魅力和优势,渐成为国际上的研究热点之一,其应用领域越来越广泛。SAR数据可以全天候对研究区域进行量测、分析以及获取目标信息。InSAR技术可提取地形信息和地表形变信息,SAR及其干涉测量技术主要应用于地形数据（DEM）提取、地表沉降监测、滑坡／冰川移动监测、目标识别与跟踪、原油泄漏跟踪、作物生长跟踪、农作物产量评估、森林制图,以及洪水、火灾和地震的灾害评估等领域。     

SIR—C C波段和L波段雷达干涉数据生成DEM的比较

为了研究波长对干涉雷达生成DEM质量的影响，以黑龙江省加格达齐地区为实验区，通过对美国航天飞机SIR－C／X－SAR C波段和L波段雷达单视复型（SLC）数据的处理，分别得到了两个不同的DEM，这两个DEM存在着一定的差异，通过与干涉相关性、相位解缠等干涉处理中的关键因素相结合进行的分析，揭示了干涉SAR技术生成DEM的精度与干涉相关性、波长的关系；同时，从另一个侧面说明了用InSAR技术生成DEM的可行性和影响因素；最后，利用1：50000地形图对干涉SAR生成的DEM误差进行了分析，并分析了地形图控制点精度对干涉SAR生成DEM的影响。     

利用卫星激光测高数据对星载SAR干涉测量DEM进行倾斜改正的研究

InSAR与ICEsat测高技术作为极具潜力的两项对地观测技术,各有其特点,利用卫星激光测高数据对星载SAR干涉测量DEM进行倾斜改正具有十分重要的意义,为提取无控制特殊困难地区大范围DEM提供了一种全新的方法。本文介绍了InSAR与ICEsat激光测高两种技术的特点及互补性;分析了利用ICEsat测高数据改正InSAR数据本身难以消除的误差的可行性;并以南极Grove山大范围DEM的提取为例,证实了其优越性。     

利用雷达摄影测量方法提取DEM及其精度评价

为了解雷达立体摄影测量中各项因素对最终DEM精度的影响,采用马来西亚热带雨林地区具有不同波束模式和入射角的6对Radarsat-1影像,应用两种不同的SAR成像模型,即距离/多普勒模型和等效共线方程模型,对使用雷达摄影测量方法提取DEM进行了试验.首先分析了两种成像模型不同的物理基础,然后通过比较由它们得到的DEM的精度,发现利用距离/多普勒模型提取DEM的精度优于等效共线方程模型;然后,利用研究区的数字地形图等参考资料,分析了不同轨道、不同模式、不同分辨率、不同交角的立体像对组合以及地形因素对DEM精度的影响,要得到高精度的DEM,必须综合考虑立体像对的选取和研究区的地形、地貌等特征.     

InSAR干涉纹图噪声抑制算法的比较及改进

干涉纹图中的噪声影响着InSAR的图像质量,使得相位解缠无法进行或者使生成的DEM精度降低。为了获得高质量的InSAR纹图,必须对噪声进行有效抑制,同时保持空间分辨率。文中探讨了InSAR干涉纹图的噪声抑制方法,提出了一种新的干涉纹图的滤波方法。并采用了真实数据验证了方法的有效性。     

Validation of surface height from shuttle radar topography mission using shuttle laser altimeter

Spaceborne Interferometric SAR (InSAR) technology used in the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) and spaceborne lidar such as Shuttle Laser Altimeter-02 (SLA-02) are two promising technologies for providing global scale digital elevation models (DEMs). Each type of these systems has limitations that affect the accuracy or extent of coverage. These systems are complementary in developing DEM data. In this study, surface height measured independently by SRTM and SLA-02 was cross-validated. SLA data was first verified by field observations, and examinations of individual lidar waveforms. The geolocation accuracy of the SLA height data sets was examined by checking the correlation between the SLA surface height with SRTM height at 90 m resolution, while shifting the SLA ground track within its specified horizontal errors. It was found that the heights from the two instruments were highly correlated along the SLA ground track, and shifting the positions did not improve the correlation significantly. Absolute surface heights from SRTM and SLA referenced to the same horizontal and vertical datum (World Geodetic System (WGS) 84 Ellipsoid) were compared. The effects of forest cover and surface slope on the height difference were also examined. After removing the forest effect on SRTM height, the mean height difference with SLA-02 was near zero. It can be further inferred from the standard deviation of the height differences that the absolute accuracy of SRTM height at low vegetation area is better than the SRTM mission specifications (16 m). The SRTM height bias caused by forest cover needs to be further examined using future spaceborne lidar (e.g. GLAS) data.     

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.     

Estimating spruce and pine biomass with interferometric X-band SAR

The primary aim of this study was to investigate the suitability of interferometric X-band SAR (InSAR) for inventory of boreal forest biomass. We investigated the relationship between SRTM X-band InSAR height and above-ground biomass in a study area in southern Norway. We generated biomass reference data for each SRTM pixel from a field inventory in combination with airborne laser scanning (ALS). One set of forest inventory plots served for calibrating ALS based biomass models, and another set of field plots was used to validate these models. The biomass values obtained in this way ranged up to 250 t/ha at the stand level. The relationship between biomass and InSAR height was linear, no apparent saturation effect was present, and the accuracy was high (RMSE = 19%). The relationship differed between Norway spruce and Scots pine, where an increase in InSAR height of 1 m corresponded to an increase in biomass of 9.9 and 7.0 t/ha, respectively. Using a high-quality terrain model from ALS enabled biomass to be estimated with a higher accuracy as compared to using a terrain model from topographic maps. Interferometric X-band SAR appears to be a promising method for forest biomass monitoring.     

SRTM DEM enhancement using a single set of PolSAR data based on the polarimetry-clinometry model

ABSTRACT

The freely available global and near-global digital elevation models (DEMs) have shown great potential for various remote sensing applications. The Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data sets provide the near-global DEM of the Earth’s surface obtained using the interferometry synthetic aperture radar (InSAR). Although free accessibility and generality are the advantages of these data sets, many applications require more detailed and accurate DEMs. In this paper, we proposed a modified and advanced polarimetry-clinometry algorithm for improving SRTM topography model which requires only one set of polarimetric synthetic aperture radar (PolSAR) data. The azimuth and range slope components estimation based on polarization orientation angle (POA) shifts and the intensity-based Lambertian model formed the bases of the proposed method. This method initially compensated for the polarimetry topography effect corresponding to SRTM using the DEM-derived POA. In the second step, using a modified algorithm, POA was obtained from the compensated PolSAR data. The POA shifts by the azimuth and range slopes’ variations based on the polarimetric model. In addition to the polarimetric model, a clinometry model based on the Lambertian scattering model related to the terrain slope was employed. Next, two unknown parameters, i.e. azimuth and range slope values, were estimated in a system of equations by two models from the compensated PolSAR data. Azimuth and range slopes of SRTM were enhanced by PolSAR-derived slopes. Finally, a weighted least-square grid adjustment (WLSG) method was proposed to integrate the enhanced slopes’ map and estimate enhanced heights. The National Aeronautics and Space Administration Jet Propulsion Laboratory (NASA JPL) AIRSAR was utilized to illustrate the potential of the proposed method in SRTM enhancement. Also, the InSAR DEM was employed for evaluation experiments. Results showed that the accuracy of SRTM DEM is improved up to 2.91 m in comparison with InSAR DEM.     

一种星载InSAR高精度快速DEM重建方法

面对全球干涉测量的海量实测数据,在保持精度的情况下,如何提高处理速度是星载干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)数据处理必须考虑的重要问题.数字高程模型(digital elevation model,DEM)重建是InSAR数据处理中较为耗时的一个关键环节.针对星载InSAR处理中DEM快速重建的难题,从DEM重建原理出发,分析揭示了干涉相位与目标点三维坐标映射关系的两个基本特性,一是目标点的三维坐标与干涉相位的关系可以分别用多项式来进行拟合,二是SAR图像上相近像素各自对应的多项式变化不大,并从理论上对特性的成立进行了论证.基于此,提出了一种快速DEM重建方法,给出了快速算法的详细步骤及关键参数的取值方法.最后,利用德国最先进的在轨雷达卫星TerraSAR-X获取的重复轨道干涉数据进行快速DEM重建,处理结果表明在重建精度损失较小的情况下,显著提高了重建速度,验证了该方法的高效性和正确性.     

基于外部DEM的InSAR图像配准方法研究

雷达图像的配准是进行雷达干涉测量(SAR Interferometry, InSAR)处理的关键,为了保证干涉相位图或形变相位图反映真实地面特性,需要雷达图像之间亚像元级精度的配准。首先综述了已有的基于外部DEM的InSAR图像配准方法的思路及其不足之处,并提出了一种全新的思路:以图像之间的相干性作为目标函数,利用搜索的方法实现了雷达成像方位向和距离向的最优时间常数的估计,从而实现雷达图像之间亚像元级配准;还进一步推导了数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)的误差对算法精度影响的一个更加严密的表示。结论表明,在利用精确轨道数据的情况下,美国航天飞机测地计划SRTM获得的地形数据的精度可以满足精确雷达图像配准的要求。结果表明,利用基于外部DEM算法配准雷达图像在山区和大的时间基线情况下要优于常规相干多项式配准方法,理论上可以达到百分之一个像素的配准精度。     

低山丘陵区多源数字高程模型误差分析北大核心CSCD

作为多学科交叉与渗透产物的数字高程模型(DEM)已在诸多学科和领域及实际应用中发挥了重要作用,但目前能够免费获取的高分辨全球DEM在不同区域仍存在很大的不确定性,应用之前进行质量评估至关重要。以烟台市为实验区,以大比例尺地形图(1∶10 000)生成的DEM为参照,结合坡度、坡向和土地覆被类型等地学因子,定量分析了目前广泛应用的两个版本ASTER GDEM(先进星载热辐射和反射辐射计全球数字高程模型)ASTETR 1和ASTER 2及不同空间分辨率SRTM DEM(航天飞机雷达地形测绘任务)(SRTM 1:～30m和SRTM 3:～90m)在低山丘陵区高程、坡度及坡向误差。结果表明:在研究区域内,ASTER 1、ASTER 2、SRTM 3、SRTM 1总体高程均方根误差分别为8.7m、6.3m、3.7m和2.9m。ASTER与SRTM的高程精度不同程度地受坡度、坡向以及土地覆被类型等地学因子的影响,DEM误差随坡度增加而增大,其中SRTM 3精度对该因子最敏感。尽管坡向对DEM精度影响不明显(4种DEM在不同坡向上的均方根误差波动范围均不超过2m),但是不同土地覆被类型下这4种DEM精度差异显著。此外,分析4种DEM提取的坡度可知,SRTM 1的均方根坡度误差最低(2.5°)、ASTER 1与ASTER 2的坡度的均方根误差大致相同(3.6°、3.9°)、SRTM 3的坡度均方根误差最高(4.3°)。坡向的精度SRTM 1最高,ASTER 1与ASTER 2次之,SRTM 3最低。研究结果对我国低山丘陵区ASTER GDEM与SRTM DEM的应用与精度评估具有一定的借鉴作用。