Residual SAR focusing: an application to coherence improvement

The focusing quality of a SAR processor greatly depends on the accuracy of the system geometry estimate. Sometimes ancillary data do not provide enough accuracy, therefore autofocusing has to be performed to get the finest quality possible. A “residual” azimuth compression is introduced to show how a defocused image can be compensated by means of a monodimensional local operator. The residual transfer function that generates defocusing is then derived. The effects of the defocusing are shown on both a complex single SAR image and a SAR interferogram. SAR interferograms, however, are much more sensitive to defocusing than the single SAR image. Two algorithms have been developed to estimate, and compensate for, the defocusing in both the single SAR image and SAR interferometric cases. The processors select data suitable for estimating focusing parameters from the whole images by exploring Kurtosis (for single image focusing) or coherence (for interferometric autofocusing). The residual, short time-domain operator is then exploited to retrieve the focusing parameter values and, finally, to get the focused image. The limitations and accuracy of the algorithm in terms of parameter estimation are investigated. Experimental results, obtained from different SAR missions, are presented     

基于贝叶斯门限的静态小波域干涉相位图滤波

干涉相位图中的噪声会妨碍后续的相位解缠,并降低最终的DEM精度。本文提出一种静态小波域的干涉相位图滤波方法。该方法能够自适应地计算贝叶斯门限分类静态小波系数,并可根据干涉相位图特性自适应地选取小波变换的最优尺度值。文中用仿真数据和SIR-C/X SAR在意大利Etna火山的干涉数据进行实验,并将该文算法处理结果与均值滤波、中值滤波和Goldstein滤波的结果相比较。用该算法处理,处理仿真数据所得结果的最小均方误差和相关性均优于其余方法。该算法处理Etna火山的干涉数据时,残余点从30430点降至113点,远少于其余算法的处理结果。实验结果表明:该文算法能够较好地保持干涉条纹细节,有效减少干涉相位图中的残余点,与Goldstein滤波相比也具有一定优势。     

一种改进的基于干涉相位的基线估计方法

该文研究了基于干涉相位的基线估计方法,对原有基于干涉相位傅里叶变换的算法从4个方面进行了改进。提出了精确计算干涉相位瞬时频率的方法;指出了干涉相位样本区域分布原则,能够有效改善采用最小二乘拟合方法时方程的病态性;提出了能够有效剔除干涉相位噪声较大及地形变化剧烈区域对估计精度影响的定量化样本区域选取准则;通过计算差分干涉相位迭代求解优化估计精度。利用改进算法对双天线干涉和重轨干涉数据进行了基线估计,结果表明该文算法相比原有算法鲁棒性和精度都大大提高,适合机载重轨干涉SAR的基线估计。     

基于旋滤波的InSAR干涉条纹图滤波方法

InSAR干涉条纹图处理中，对噪声进行滤波是非常关键的一步。该文在分析现有滤波算法的基础上，考虑了干涉条纹图方向性特点，提出了基于旋滤波的InSAR干涉条纹图滤波方法。可以有效地去除残点对相位解缠的影响，同时保持相位信息不受损害。对仿真数据及真实InSAR数据的处理结果证明了该方法的有效性。     

Phase Unwrapping for SAR Interferometry—A Data Fusion Approach by Kalman Filtering

This paper considers the problem of unwrapping the phase image obtained from a noisy interferometric synthetic aperture radar (InSAR) image. The implicit nonlinearity of the problem is reflected, as well as the drawbacks of this nonlinearity on the performance of phase unwrapping approaches. Some general concepts concerning basic estimation techniques are shortly reviewed. On this background, a Kalman filter-based data fusion approach to unwrap and simultaneously filter the phases of InSAR images is developed. The data fusion concept exploits phase information extracted from the complex interferogram rather than from the phase image and fuses that information with phase slope information extracted from the power spectral density of the interferogram.     

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。     

SAR imaging via modern 2-D spectral estimation methods

Discusses the use of modern 2D spectral estimation algorithms for synthetic aperture radar (SAR) imaging. The motivation for applying power spectrum estimation methods to SAR imaging is to improve resolution, remove sidelobe artifacts, and reduce speckle compared to what is possible with conventional Fourier transform SAR imaging techniques. This paper makes two principal contributions to the field of adaptive SAR imaging. First, it is a comprehensive comparison of 2D spectral estimation methods for SAR imaging. It provides a synopsis of the algorithms available, discusses their relative merits for SAR imaging, and illustrates their performance on simulated and collected SAR imagery. Some of the algorithms presented or their derivations are new, as are some of the insights into or analyses of the algorithms. Second, this work develops multichannel variants of four related algorithms, minimum variance method (MVM), reduced-rank MVM (RRMVM), adaptive sidelobe reduction (ASR) and space variant apodization (SVA) to estimate both reflectivity intensity and interferometric height from polarimetric displaced-aperture interferometric data. All of these interferometric variants are new. In the interferometric contest, adaptive spectral estimation can improve the height estimates through a combination of adaptive nulling and averaging. Examples illustrate that MVM, ASR, and SVA offer significant advantages over Fourier methods for estimating both scattering intensity and interferometric height, and allow empirical comparison of the accuracies of Fourier, MVM, ASR, and SVA interferometric height estimates.     

一种差分SAR层析高分辨成像方法

城区建筑的4维成像是差分SAR层析的重要应用领域之一。此种应用背景下,如何利用空间-时间2维平面内稀疏分布的观测数据,在保持方位向-距离向分辨率的同时实现高程向-形变速率向的高分辨成像是差分SAR层析面临的难点问题。在确定性点目标模型下,基于松弛(RELAX)算法,该文提出了一种适用于城区建筑目标的差分SAR层析高分辨成像方法。与统计模型下的空间谱估计方法相比,该方法无需多视处理,能够保持方位向-距离向分辨率。与奇异值分解方法相比,该方法具有更优的高程向-形变速率向分辨能力。在仿真实验和Envisat-ASAR实测数据处理中,该方法的有效性得到了验证。     

干涉合成孔径雷达相位滤波的一种新算法

该文着重就目前国际上研究的一个热点干涉合成孔径雷达成像中的相位滤波问题进行了讨论。提出了一种新的相应滤波方法,可适应干涉条纹方向的变化,十分适用于对干涉条纹密集的区域进行滤波。通过对德国X-SAR数据的处理检验该方法的效果,结果相当理想。此外,这种方法实现起来相当简单。     

地基SAR干涉相位滤波优化方法

地基SAR对边坡进行形变监测过程中,为了获得较高的图像质量和进行相位解缠的需要,往往要对干涉相位进行滤波优化,以提高干涉相位图的信噪比,减少干涉相位图中的残差点,从而有助于更好地进行相位解缠,提高形变监测的精度与可行性。本文针对地基SAR干涉相位图的空变等特性,对地基SAR干涉相位滤波算法进行了研究,着重介绍了四种经典、高效的干涉相位滤波算法,并进行了地基SAR边坡形变监测试验,使用实测干涉数据进行了四种滤波处理,从定量及定性的角度对每种滤波算法进行了比较与评估。最终给出了最优滤波算法,为地基SAR进行干涉相位实时滤波优化及后续数据处理提供了基础。      

Estimating the effective number of looks in interferometric SAR data

The probability density function (pdf) of the multi-look interferometric phase between two complex synthetic aperture radar (SAR) images is parameterized by the number of looks and the complex correlation coefficient. In practice, adjacent pixels in a real SAR interferogram, are statistically dependent due to filtering, and hence, the number of looks is usually smaller than the number of samples averaged. It has been shown that compensation with an effective number of looks, rather than an intractable rederivation of the pdf, can account for the statistical dependence. This paper addresses the challenge of how to determine a suitable value for the effective number of looks. It is shown that an optimum value can be found via a maximum-likelihood estimator (MLE) based on the interferometric phase pdf. However, since such an MLE is computationally intensive and numerically unstable, an estimator based on the method of moments (MoM) possessing similar fidelity is proposed. MoM is fast and robust and can be used in operational applications, such as determining constant false alarm rate (CFAR) detection thresholds for moving-target detection in SAR along-track interferometry.     

基于联合像素干涉统计特性的三通道动目标检测方法

本文提出了一种基于联合像素的三通道地面运动目标检测（GMTI）方法。首先分析联合像素处理后的两多视SAR图像于涉统计特性,建立幅相联合的概率统计模型,分析虚警和漏警,考虑到最小可检测速度内存在速度模糊,采用能量重心法解模糊,最后将干涉幅度和解模糊后的干涉相位联合检测动目标。实测数据处理结果验证了该方法的有效性。     

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(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。     

利用粗DEM信息的分布式卫星InSAR图像精配准算法

针对分布式卫星干涉合成孔径雷达图像配准中最大相干相关法在实际应用中缺乏理想相位估计值问题,提出利用粗数字高程模型反演干涉相位图作为理想相位估计值的处理方法。该方法通过在图像粗配准后利用主辅SAR图像的轨道信息、粗DEM以及主图像雷达成像几何反演出干涉条纹图,并将其作为理想干涉条纹估计值应用在最大相干相关法求取精配准偏移量中。此外,本文根据多基星载SAR雷达成像几何给出了利用粗DEM对SAR图像各像素对应目标点通用的空间定位方法及其干涉相位反演方法。ERS-1/2数据实验结果验证了本文方法的有效性。      

空间外差光谱仪干涉图修正研究

空间外差光谱技术（Spatial heterodyne spectroscopy, SHS）是一种新型的光谱分析技术,本文基于空间外差光谱仪的基本原理和特点,研究了实际测量中干涉仪两光臂不平衡造成的畸变干涉图的修正方法,模拟计算了干涉仪两光臂不平衡时干涉图的强度变化,并对其进行了模拟修正,修正后的干涉图与理想的SHS干涉图一致性较好。修正方法主要是测量干涉图的非调制项（即未发生干涉时单个光臂的光强）,以及在干涉图数据处理中引入了一个修正因子。通过对干涉仪两臂不平衡的修正,可以有效地提高干涉图反演光谱的精度。     

一种InSAR建筑物图像仿真及高程反演方法

城市建筑区域叠掩、阴影严重,图像理解困难且干涉相位变化复杂紊乱,一直是InSAR处理的困难区域。SAR图像仿真能为图像理解和处理方法研究提供数据支撑,然而现有建筑区域SAR图像仿真方法大多无法获得具有相干性的干涉SAR图像对。该文提出了一种面向建筑区域的干涉SAR复图像对仿真方法,能够获得建筑的复数图像对、干涉相位图以及叠掩成分数目等信息,为城区干涉SAR处理及信息提取研究提供仿真数据支撑。同时,基于仿真中对相位变化规律的分析,提出叠掩区相位解缠时的基准确定方法,解决传统解缠方法面临的叠掩区域干涉相位不连续问题,进而反演建筑高程信息。最后,通过建模仿真结果与实际SAR图像和干涉相位的对比,验证了仿真方法的正确性,并对仿真及实际干涉相位进行解缠和高程反演处理,验证了该文高程反演方法的有效性。      

基于干涉图的星载MIMO-SAR动目标检测

受动目标径向速度影响,星载多输入多输出合成孔径雷达(MIMO SAR)等效通道回波模型中将引入周期误差信号的调制,进而导致动目标方位像存在“假峰”效应,其会增加动目标检测的虚警。基于ATI(along track interferometry)干涉图,提出一种星载MIMO SAR动目标检测方法。可在不补偿误差信号的前提下,先通过调节系统参数降低动目标“假峰”幅值,进而经干涉处理用杂波去弱化“假峰”干涉相位,最后利用ATI干涉图幅度和相位的联合处理实现动目标检测。数值试验验证了方法的有效性。      

基于曲面投影的毫米波InSAR数据成像方法

与其它波段相比,毫米波系统具有体积小、重量轻、分辨率高等优点,成为近几年InSAR技术的研究热点。但因其波长短,毫米波InSAR对平台运动轨迹测量精度要求更高,非理想运动情况下传统成像方法数据处理及干涉相位提取困难,另外传统方法基于平面投影成像,在地形陡变时干涉相位缠绕和目标几何畸变较严重。为了解决传统方法在毫米波InSAR成像的以上不足,该文提出了一种基于曲面投影的毫米波InSAR成像方法,将不同通道回波数据投影到相同地形高程曲面上进行成像及干涉相位提取,并推导了曲面下地形高程与干涉相位的关系。仿真和实测数据结果验证了该文方法的有效性,结果显示该方法在平台非理想运动下较传统算法获得更好的InSAR成像和干涉相位质量,且减小了地形高程起伏引起的几何畸变及干涉相位缠绕,更有利于毫米波InSAR图像地形特征描述及高程提取。