基于多时相干涉SAR提取地表形变的关键技术探究

基于重复轨道的合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR,Differential Interferometric SAR)技术自问世以来,就被立即成为研究重点并在许多领域得到应用。但是常规D-InSAR技术易受时间、空间失相干与大气延迟等影响而有时无法得到可靠的形变信息,因此难以在实践中得到常态化应用。永久散射体技术与小基线集技术的出现,有效地克服了上述问题的制约。本文融合了两种技术的优点,介绍了多时相干涉SAR技术的关键处理步骤,并基于多时相干涉SAR技术提取了太原市2005～2009年间的形变信息。     

基于PSI技术监测上海市2009年～2010年区域地表沉降

采用振幅和相位联合分析的PS探测方法,以上海市作为实验研究区,进行PSI城市地表沉降监测并对成因进行了详细分析。实验结果表明:①由于大规模的城市建设、地下水开采、工业化生产和交通运输等活动,研究区内最大沉降速率达-47mm/年,平均沉降速率达-16.96mm/年,地表沉降比较明显。②2008年以前的沉降中心得到有效控制,现阶段有3个沉降中心较为明显,即罗泾镇宝山工业园区,平均沉降速率为-29.8mm/年;虹口足球场,平均沉降速率为-24.58mm/年;闵行经济技术开发区,平均沉降速率为-32.2mm/年。③地表沉降随着城市建设的发展向北、南、西南、东南逐步扩展。④水准数据验证了监测结果,精度可达±6mm,表明PSI技术在城市地表沉降监测中具有很大的优势。     

基于PS-InSAR技术的廊坊市地面沉降监测研究

随着城市化进程的加速发展,地面沉降危害不断加剧。以廊坊市城区为示范研究区,选取近5 a的ENVISat卫星ASAR数据,采用永久散射体干涉测量(PS-InSAR)技术,提取廊坊市城区2003~2007年时间序列地面沉降形变信息,并对廊坊市地面沉降空间分布特征进行初步分析。研究结果表明:廊坊市城区年平均沉降速率在-19.2~18.7mm/a之间变化,沉降中心主要分布在城区北部地区,对城市基础设施及施工建设产生严重影响。     

结合SBAS-InSAR与支持向量回归的开采沉陷监测与预测

针对传统矿区沉降预测方法存在精度低、难以获取长时间序列预测结果等问题,采用合成孔径雷达差分干涉(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术进行开采沉陷监测,提出了一种自适应遗传算法优化的支持向量回归算法,将监测...     

基于PSI技术的芜湖市地面沉降时空特征分析

城市的沉降监测有利于了解区域实时高程，可为地质灾害与防护部门提供数据依据，避免因高程损失而带来的地质灾害。基于2016年1月至2017年12月共22景Sentinel-1A干涉宽幅模式影像数据，利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术以及合成孔径雷达差分干涉测量技术进行芜湖市地表形变监测，并分析研究区地面沉降的时空分布特征。空间上，阐述芜湖市地面沉降的整体格局，再以道路为专题，分析了道路的沉降分布格局。时间上，以时间为基线，逐月分析地面沉降部分在年内的具体变化。结果表明：空间上，芜湖市地面沉降主要集中在长江以东的范围，呈现出由西向东逐渐增加的趋势，长江以西呈现零星漏斗式沉降分布，其中，沉降累积量也与道路的密度与建设相关，道路汇集区与修建区域的沉降累积量较大；时间上，研究区整体沉降量各月变化较均匀，其中，沉降量变化范围在6月最大，10月与11月最小。     

基于PSI技术的芜湖市地面沉降时空特征分析

城市的沉降监测有利于了解区域实时高程,可为地质灾害与防护部门提供数据依据,避免因高程损失而带来的地质灾害。基于2016年1月至2017年12月共22景Sentinel-1A干涉宽幅模式影像数据,利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术以及合成孔径雷达差分干涉测量技术进行芜湖市地表形变监测,并分析研究区地面沉降的时空分布特征。空间上,阐述芜湖市地面沉降的整体格局,再以道路为专题,分析了道路的沉降分布格局。时间上,以时间为基线,逐月分析地面沉降部分在年内的具体变化。结果表明：空间上,芜湖市地面沉降主要集中在长江以东的范围,呈现出由西向东逐渐增加的趋势,长江以西呈现零星漏斗式沉降分布,其中,沉降累积量也与道路的密度与建设相关,道路汇集区与修建区域的沉降累积量较大;时间上,研究区整体沉降量各月变化较均匀,其中,沉降量变化范围在6月最大,10月与11月最小。     

永久散射体雷达干涉研究综述

传统D\|InSAR技术虽然在地表形变测量应用中得到广泛应用,但其测量精度容易受失相干、大气效应、DEM误差等的影响,测量结果有时甚至不可靠。为了突破这些限制,在D\|InSAR技术中引入时间维,筛选出时序SAR图像上受失相干影响较小的像元,建立并解算相位模型,从而提取形变信息。PS\|InSAR技术自出现以来,经过不断改进,在受失相干影响较大的长期缓慢形变监测中发挥了重要作用,一直是近年来雷达干涉领域研究的重点问题。详细梳理了PS\|InSAR技术的发展历史,总结了关键技术环节的改进算法以及应用领域,指出现有PS\|InSAR技术仍然存在的问题以及可能的发展趋势。     

获取张北地震同震形变场的差分干涉测量技术

基于合成孔径雷达差分干涉测量的基本原理,利用地震前后的ＥＲＳ－１／２的三景数据,获取了１９９８年１月１０日张北地震（Ｍｓ＝６．２级）的同震干涉纹图。这种差分干涉纹图能表现地震断层和形变场的同震形变特征,而且该方法无需任何的辅助信息,适用于大范围的地震监测与研究,研究表明,通过合成孔径雷达差分干涉测量技术能够获取高精的强震同震位移场数据,这是传统的地面观测方法所无法做到的。     

基于Sentinel-1A数据的天津地区PS-InSAR地面沉降监测与分析

为有效预防地面沉降带来的灾害,利用2015年4月~2018年2月天津地区的24景Sentinel-1A数据,进行了永久散射体干涉测量处理,并使用高精度轨道数据和TanDEM-X DEM修正残差相位,提取了3 a的地面沉降结果,结合土地利用类型、水文、地质和交通等数据,分析了多处沉降地区的特征和形成原因,最后和小基线集方法的监测结果进行对比分析。结果表明:近3 a来天津城区沉降治理效果显著,平均沉降速率在8 mm/a以内,郊区沉降仍然严重,沉降速率在50~70 mm/a,沉降最为严重的区域为武清区王庆坨镇,3 a累计沉降量超过200 mm,并且有和其他沉降漏斗连成片的趋势。地面沉降发生的区域与地下水漏斗形成的区域基本一致,且两种方法得到的累积形变量差值95%在5 mm以内,说明本研究结果可以为天津市地质灾害防治提供数据支撑和决策依据。     

基于随机并行梯度下降算法的InSAR相位解缠方法

相位解缠是干涉合成孔径雷达InSAR数据处理中的一个关键步骤,解缠结果的好坏直接影响最终数字高程模型的精度。介绍了一种基于随机并行梯度下降SPGD算法的解缠方法,该方法对图像中各相位点施加随机并行扰动,通过迭代使得解缠误差代价函数收敛到全局最优值,从而实现相位解缠的目的。模拟和实测数据实验结果表明,相较于最小二乘解缠方法,随机并行梯度下降解缠算法精度更高,且原理简单,易于实现,为相位解缠提供了一个全新的思路。     

基于标志点的InSAR系统仿真性能评估方法

系统仿真实验对于天基InSAR系统的总体设计和关键技术验证意义重大,性能评估是其中的关键环节之一。建立了由三大类共8项指标组成的InSAR系统性能指标体系,提出了基于标志点的InSAR系统仿真性能评估方法。该方法通过在仿真地面场景中合理布设标志点,并以标志点作为评估样本点来计算各项指标,可达到与理想干涉量评估方法相近的指标计算精度,同时避免了理想干涉量评估方法稳健性不足的问题,且计算效率更高。仿真实验结果验证了评估方法的有效性。     

大区域稀疏控制条件下的多条带InSAR数据的联合定标研究

利用干涉SAR的DEM做大区域测图应用中,针对干涉SAR多条带拼接时出现的重叠区高程不一致问题,首次提出了利用条带间重叠区连接点进行多条带联合定标方案,减少了地面控制点的数量需求,降低了野外采集地面控制点的工作量,解决了多条带干涉SAR数据的高程不一致问题,突破了干涉SAR技术用于大区域测图的瓶颈。同时为了解决大区域多普勒中心频率的漂移问题,提出利用控制点估计多普勒中心频率线性漂移的方法。利用中国科学院电子学研究所自主设计、研制的机载干涉SAR系统数据,进行了定标处理实验,验证了方法的正确性和有效性。     

基于质量引导的InSAR快速相位解缠方法

针对处理大型InSAR相位数据,由于传统质量引导的相位解缠方法在解缠过程中要进行大量的排序操作,其解缠效率非常低,提出一种索引分段堆排序相位解缠方法。通过结合传统质量图的优点,将QPDVC作为质量图,并利用索引分段堆排序法将大型相位数据分成多个小堆,从而节省了堆排序过程中调整为最小堆的时间。与传统方法相比,提高了解缠精度和效率。最后,通过相关实验数据仿真证明了该方法的高效性和可行性。     

合成孔径雷达数据减灾应用潜力研究综述

合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)技术是一种主动的对地观测技术,已在国内外减灾领域得到了广泛的应用。环境减灾HJ-1C SAR卫星是我国第一颗民用SAR卫星,也是我国第一颗用于减灾救灾领域的SAR卫星,已于2012年11月19日发射成功。在HJ\|1C SAR卫星发射前,从SAR技术特点出发,分别分析了单极化、多极化、干涉、极化干涉SAR数据在灾害预警监测评估领域的应用现状及潜力。对于推动利用SAR技术进行灾害监测预警业务体系向更深层面发展,推动高级空间技术在减灾领域的应用,以及推动我国在灾害监测预警领域的SAR卫星星座的建设具有重要意义。     

SAR图像船只分类识别研究进展

随着新一代SAR传感器的出现及应用,利用真实高分辨率、多极化SAR图像进行船只分类识别成为海上交通、渔业监测及国防应用的热点问题。首先回顾了SAR图像船只分类识别技术的发展。以近20 a国内外研究的重要成果为基础,对几何结构特征、散射特征和极化特征等船只分类特征进行了总结和比较,分析了其优缺点;总结了各种SAR图像船只分类识别算法的技术特点,并分析了各方法的适用性。最后对SAR图像船只分类识别技术的应用前景和发展趋势进行了阐述。     

基于数学形态学的SAR图像分割方法

图像分割是遥感图像处理中很重要的一步。因SAP图像通常带有较强的嗓声，用传统的边缘检测方法效果不理想。作者利用数学形态学开闭运算和混合滤波，可据目标的形状选用算法中的探针，取得了较好的滤波去噪和目标分割的效果。     

无权重多重网格的最小二乘相位解缠研究

相位解缠是干涉合成孔径雷达（InSAR）测量地形高程、重建三维地形模型的重要步骤之一。介绍了最小二乘的相位解缠原理,提出了一种基于无权重的多重网格算法求解离散泊松方程。该算法是在较大网格基础上解决偏微分方程（PDE）的快速方法,将误差的低频成分转换为高频成分,这样就可以使用高斯-塞德尔松弛法去除多种频率的误差分量。实验结果证明：该方法具有收敛速度快,解缠精度高等优点。     

一种基于组件树的SAR图像分割算法

合成孔径雷达(SAR)图像中存在严重的相干斑干扰,使得SAR的图像解译过程较为困难。为此,提出一种基于组件树的SAR图像分割算法。对SAR图像建立组件树,给出基于全局特征的自适应非局部判定准则,使用该准则对组件树中的相似组件进行合并,保留组件树中最重要的组件,以完成图像滤波,获取分割后的目标。实验结果表明,该算法能获得准确的分割结果,保持目标的细节信息。     

基于加权两向二维线性鉴别分析的SAR目标识别方法

为解决传统Fisher线性鉴别分析(LDA)在SAR图像目标识别中存在的“小样本”问题和“次优性”问题,提出一种基于加权的两向二维线性鉴别分析方法(W(2D)2LDA)。该方法对两向二维线性鉴别分析准则中散度矩阵的构造进行加入权值的改进,采用加权的两向二维鉴别准则函数进行特征提取,从理论上有效解决了 “次优性”问题,并缓解了“小样本”问题。对美国运动与静止目标获取与识别(MSTAR)计划录取的SAR图像数据进行的仿真实验结果表明,该算法增强了提取特征的可鉴别性,能够以较小的特征维数和运算量获得更高的识别率,验证了该算法的有效性。