基于气象数据辅助的GB-InSAR大气相位补偿方法

地基干涉合成孔径雷达GB-InSAR(Ground-Based Interferometric Synthetic Aperture Radar)测量中,大气相位是主要测量误差源之一。对于大气相位非线性变化的干涉相位图,常规的基于参数模型的补偿方法不再适用。该文提出一种基于气象数据辅助的GB-InSAR大气相位补偿方法,对于多幅GB-InSAR图像,首先基于折射率经验模型,利用气象数据估计出大气相位曲线,其次与PS(Permanent Scatterer,永久散射体)点的实际干涉曲线进行互相关运算,通过设定合理的门限实现稳定PS点的选择。然后利用稳定PS点,采用局部加权回归（locally weighted scatterplot smoothing,Lowess）、线性插值、神经网络3种插值拟合方法进行大气相位估计。最后对比补偿结果,选择最合适的插值拟合方案。实验结果表明,当PS点数量足够多时,3种方案均能有效补偿非线性大气相位分量。当区域内PS点数量较少时,采用Lowess方法的补偿效果最好。      

面向复杂大气扰动的GB-InSAR相位误差补偿方法

大气扰动是地基干涉合成孔径雷达（GB-InSAR,Ground-Based Interferometric Synthetic Aperture Radar）测量的主要误差源之一。在复杂大气条件下,常规的大气相位补偿方法不再适用,本文提出了一种基于PS（Permanent Scatterer,永久散射体）技术的改进方法。该方法首先通过Delaunay三角网建立临近PS对,分析各临近PS对的差分相位序列标准差,实现PS集合中的噪声点或部分形变点的滤除;然后根据气象数据估计出参考大气相位序列,通过计算剩余PS的干涉相位序列与参考大气相位序列的MIC（Maximal Information Coefficient,最大互信息系数）,结合空间维相干系数,采用双阈值实现稳定 PS的选择;最后采用Kriging插值拟合方法,实现复杂大气条件下的大气相位估计。采用本文所提方法,对九道拐区域实测数据进行了处理,相比于常规方法,有效降低了大气相位补偿误差,保证了GB-InSAR的形变测量精度。      

地基大视场SAR形变监测的非均匀大气相位校正方法

大气变化是地基干涉合成孔径雷达(GB-InSAR)形变监测的主要干扰因素。由于监测环境的地形复杂,水汽、湿度和温度的空间异质性,基于均匀大气介质假设的校正方法可能导致大气校正精度较低。该文提出了一种两阶段半经验模型,用于估计和校正复杂大气条件下特大滑坡GB-InSAR监测过程中出现的大气相位误差。该方法兼顾线性大气相位和非线性大气相位,首先根据测区的范围和高程对观测到的大气相位进行建模,校正与地形相关的线性大气相位。然后,考虑复杂大气条件和方位向大视场角度场景下出现的空间域非均匀大气情况,选取稳定永久散射体(PS)通过插值的方式获取所有PS点的大气相位,校正非线性大气相位。采用该方法对三峡库区新铺和藕塘特大滑坡的地基大视场雷达图像进行处理,相比于常规方法减小大气相位误差最大约2 mm。能有效校正特大滑坡监测场景下出现的非均匀大气相位,满足特大滑坡广域范围监测需求。      

基于K-means算法的时序GB-InSAR图像PS实时选择方法

GB-InSAR（Ground-based Interferometric Synthetic Aperture Radar,地基干涉合成孔径雷达）是一种新型的形变测量工具,应用于长期连续监测时,为了保证形变测量的准确性和实时性,通常需要将SAR图像进行分组处理,并基于PS（Permanent Scatterer,永久散射体）技术实现形变反演。对长时间SAR图像序列的分析结果表明,像素点的幅值会随时间发生较大的变化,导致采用固定的幅度离差门限来选择PS点时,各组PS的数量会发生极大改变,严重影响形变测量的精度。本文提出了一种基于K-Means（K均值）聚类的时序GB-InSAR图像PS实时选择方法,首先对时序图像进行分组,然后利用各组图像的像素点幅度和相关系数,基于K-Means算法进行两级聚类。对一处露天矿坑实测数据的分析结果表明,本文方法在保证了各组图像的PS点足够多的同时,对PS点数量的稳定性也有大幅提高。      

基于粗数字高程模型信息的干涉相位图生成方法

该文提出了一种基于粗数字高程模型(DEM)信息的干涉相位图生成方法,其思路为充分利用已有的DEM信息来完成SAR图像配准-干涉相位滤波处理。此方法首先根据粗DEM信息和系统参数计算得到SAR图像中每一像素的2维配准偏移量,从而完成SAR图像的配准。在干涉相位滤波中,由粗DEM信息仿真生成已知地形的干涉条纹图用以补偿InSAR系统录取得到的干涉相位,再对残余相位进行滤波处理,提高干涉相位滤波的性能。另外,对于高分辨率SAR图像,粗DEM高程误差和系统参数误差会引入较大的图像配准误差,该文再利用联合像素子空间投影方法进一步完成SAR图像的精确配准和相位滤波。仿真结果验证了该文方法的有效性。     

一种新的干涉相位图局部自适应滤波方法

为了有效提高对InSAR干涉相位噪声的抑制性能并充分保持干涉相位图细节信息,该文提出一种基于局部地形相位补偿和各向异性高斯滤波函数(AGF)的自适应复相位滤波方法。该方法首先利用局部频率估计方法补偿地形相位,以便于消除局部地形相位对滤波窗口内干涉相位的不利影响。然后,构造了尺度和方向自适应的AGF,并对同分布样本进行局部加权的方向滤波。这里,AGF尺度随相干系数等级自适应变化:在低相干区域,采用的大尺度AGF能够充分地抑制相位噪声;在高相干区域,采用的小尺度AGF能更好地保持相位细节信息。AGF方向根据最大加权相干积累准则确定,以选取同分布的滤波样本估计中心像素相位值。实验结果表明,与多种滤波方法相比,该文方法在减少干涉相位图残点和保持条纹边缘等方面均具有更好的性能。     

一种有效的机载双频干涉地形高程重建方法

双频联合解缠不需要满足Iton假设,因此双频干涉可以有效地提取地形起伏较大区域的高程信息。针对目前双频干涉处理中高程重建精度低的问题,该文提出了一种有效的双频干涉SAR地形高程重建方法。该方法对常规处理流程中的关键步骤进行了改进,首先在不同波段配准之前采用非局部参数估计(NL-InSAR)技术对幅度图、相干系数、干涉相位进行精确估计,利用各个波段滤波后的幅度信息来实现不同波段的干涉相位的配准。然后采用聚类分析技术对联合解缠相位标记有效点和噪点,并利用这些有效点对联合解缠相位进行均值滤波。用于实验的机载实测数据包括同一场景的C波段和X波段主、辅SAR图像复数据,在针对实测数据处理中,该方法取得了较好的高程重建结果。      

基于最少残余点数的InSAR复图像配准

提出了一种基于最少残余点数法的干涉合成孔径雷达(InSAR)复图像配准新算法。通过分析引起干涉相位图残余点的因素,以及残余点与相位图的信噪比和平均波动函数之间的内在联系,提出可以用相位图的残余点数最少作为InSAR复图像配准的评价测度。新算法的计算量比传统的最大干涉频谱法要小而且更稳定,与平均波动函数法相比则计算量相当但不受相位跳变的影响。试验结果验证了新算法的有效性。     

单边干涉数据光谱复原的关键问题分析

针对干涉式傅里叶变换光谱仪中干涉信号的单边过零采样和实时快速数据处理要求,该文对光谱复原中的实时数据处理关键问题进行分析。在实验中以迈克尔逊干涉仪为核心,以632.8nm的激光为参考光源,以3.5～5.0μm的大气窗口为被测对象,产生干涉图;通过HgCdTe点探测器对干涉图进行光电转换,获取干涉数据。基于Matlab软件对干涉数据进行预处理、最小采样数据点确定、切趾、相位校正、频谱标定等光谱复原中数据处理的关键技术和问题进行分析和仿真分析。实验表明,大气窗口的4 096点的干涉数据采用小双边干涉数据量为512点,所有干涉数据采用非对称三角切趾的Mertz法相位校正,傅里叶变换、线性标定后能快速复原目标光谱,且光谱分辨率达到4cm-1。     

单边干涉图相位校正技术与关键问题

基于傅里叶变换红外光谱仪干涉图的单边过零采样和非对称性,对Forman卷积法干涉图相位校正方法进行分析和改进。针对Forman卷积法相位校正过程中需卷积运算,硬件实现难的问题,应用三个快速傅里叶变换(FFT)运算实现线性卷积,节省运算时间。并通过仿真分析了小双边数据量、切趾函数、多次相位校正等对干涉图相位校正效果的影响。在以500K的红外黑体为辐射源,获取红外光谱范围的大气吸收谱实验中,通过HgCdTe点探测器获取单边过零干涉图,采用改进的Forman法对干涉图进行相位校正和光谱重建,经标定、归一化后的复原光谱,光谱分辨率为4cm-1,波长误差比较小,有比较高的准确度。     

Permanent scatterers in SAR interferometry

Temporal and geometrical decorrelation often prevents SAR interferometry from being an operational tool for surface deformation monitoring and topographic profile reconstruction. Moreover, atmospheric disturbances can strongly compromise the accuracy of the results. The authors present a complete procedure for the identification and exploitation of stable natural reflectors or permanent scatterers (PSs) starting from long temporal series of interferometric SAR images. When, as it often happens, the dimension of the PS is smaller than the resolution cell, the coherence is good even for interferograms with baselines larger than the decorrelation one, and all the available images of the ESA ERS data set can be successfully exploited. On these pixels, submeter DEM accuracy and millimetric terrain motion detection can be achieved, since atmospheric phase screen (APS) contributions can be estimated and removed. Examples are then shown of small motion measurements, DEM refinement, and APS estimation and removal in the case of a sliding area in Ancona, Italy. ERS data have been used     

A method for nonlinearity compensation of OFDR based on polynomial regression algorithm

A method based on polynomial regression algorithm(PRA) is proposed in this paper to compensate the nonlinear phase noise in optical frequency domain reflection(OFDR) systems. In this method, the nonlinear phase of OFDR systems is represented by the polynomial phase function, and then the coefficients of the polynomial phase function are estimated by PRA. Finally, the nonlinearity is compensated by match Fourier transform(MFT). Simulation results demonstrate that the proposed algorithm has good performance in compensating both weak and strong nonlinear phase noises of OFDR systems.     

一种基于CCD多电极结构的电子像移补偿方法

利用CCD光注入方程对基于时间延迟积分(TDI)方式的传统CCD电子像移补偿方法进行了分析,得出该方法中曝光期间电荷包以行为步长进行转移所造成的非连续性使补偿图像达不到图像清晰度要求的结论.提出了一种利用CCD自身多电极结构进行电子像移补偿的方法,通过修改CCD驱动时序使曝光期间电荷包以CCD电极宽度为步长进行移动,使电荷包移动的非连续性达到最小值,从而最大限度地减小电荷包移动和像移之间的非同步效应,使补偿图像的清晰度显著提高.仿真和实拍结果表明该方法能对前向像移进行很好的补偿.     

随机步长光栅投影干涉图极值特征相位解算

针对传统移相干涉测量中需要多帧干涉图,对测量设备稳定性要求高,相位提取速度较慢的问题,提出了一种基于干涉图特殊极值特征的两帧随机相移干涉图相位解算方法。该方法仅需两帧干涉图,利用高斯高通滤波器对具有随机相移量的两帧干涉图分别进行处理以滤除其背景,再通过干涉图中一定数量的特殊极值特征像素点来确定两帧干涉图之间的相移量,进而根据反正切相移相位提取算法对干涉图的相位进行解算。仿真模拟和实测对比结果表明,该方法可通过两帧随机相移干涉图获取较高精度的测量相位,大大减少了测量系统误差对相位解算结果的影响,对于256×256 pixels的石膏像眼部干涉图,执行时间在0.02 s以内,相位提取速度较快。     

移相干涉仪的主动抗振技术:光强-相位法振动探测与补偿

光学干涉测量易受环境振动的影响 ,本文提出了一种机电反馈式主动抗振方案 :光强 -相位法振动探测与补偿技术。在这个方案中 ,光电探测器测量干涉场中任意一点的光强因振动产生波动的情况 ,据此得到波前相位的变化量 ,经PZT光学移相器对波前相位采取象限区分反馈法进行实时校正。实验结果表明 ,这种方案可以对频率小于 5 0Hz、幅度小于 1/2光波波长的低频环境振动进行有效补偿 ,得到了稳定的条纹干涉图 ,同时还能进行移相测量     

Optimum Design of Wideband Compensated and Uncompensated Marchand Baluns With Step Transformers

This paper presents a design approach for wideband compensated and uncompensated Marchand baluns with stepped-impedance transformers. In order to obtain an equal-ripple bandpass response, conventional Chebyshev polynomials are modified to compensate the effect of the transfer function's dc poles. Unlike the available microwave filter design approaches, which usually require redundant elements, this approach leads to an optimum design by using the minimum number of equal length transmission line elements. Based on this design approach, both compensated and uncompensated Marchand baluns are studied. It is found that increasing difficulty arises when implementing a large bandwidth balun using the widely adopted compensated balun structure. Hence, the uncompensated balun structure becomes a better choice. To validate the proposed design approach, an uncompensated balun is designed on a standard two-sided printed circuit board. The measured results indicate that a return loss greater than 20 dB can be observed from 1 to 7.5 GHz. The phase imbalance is less than 4° and the amplitude is less than 0.5 dB from dc to 7.2 GHz.