基于StereoSAR辅助的InSAR DEM重建方法研究

StereoSAR与InSAR是两种利用合成孔径雷达图像重建DEM的关键技术。InSAR利用SAR干涉像对的相位信息重建高程,具有DEM重建精度高的特点,但DEM重建精度受环境、时间等失相干因素影响较大;StereoSAR是利用SAR立体像对的幅度信息重建高程,尽管DEM重建理论精度比InSAR差,但受失相干因素影响小,并且可以在缺乏外部辅助高程信息时获取绝对DEM。在传统的InSAR处理中,干涉条纹密集区域相位解缠难度较大,存在相位解缠错误和错误传播现象,且在没有地面控制点或外部DEM的时难以获得绝对DEM。文中提出了一种迭代式的基于StereoSAR辅助的InSAR高精度DEM重建方法,该方法可以在缺乏外部高程信息时获得绝对DEM,降低干涉条纹密集区域相位解缠的难度,提高DEM重建精度。采用文中所提方法、传统InSAR方法及公开DEM辅助InSAR DEM重建方法,分别在地形复杂与平坦区域进行DEM重建,并用ICESat/GLAS及TanDEM-X DEM进行精度评估。DEM重建结果验证了文中所提方法的有效性,所提方法的DEM重建精度优于传统InSAR方法且与公开DEM辅助InSAR DEM重建方法精度相当。     

基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法

利用干涉合成孔径雷达(InSAR)技术获取数字高程模型(DEM)时,在地形起伏剧烈区域,干涉条纹十分密集,增加了相位解缠的难度,影响相位展开和高程反演的精度.为了解决该问题,该文提出了一种基于DEM辅助后向投影模型的InSAR高程反演方法.该方法可以在统一的后向投影成像空间中实现成像和InSAR高程反演,并且引入外源D...     

一种新的InSAR相位解缠算法

干涉相位解缠直接影响到干涉合成孔径雷达(InSAR)高程测量精度,是InSAR处理及其重要的一步。文中在研究了最小二乘法相位解缠的基础上,提出了一种基于解缠相位误差迭代补偿的加权最小二乘法。首先,采用加权最小二乘法得到相位解缠的初值,然后,再通过对解缠误差相位的迭代补偿,对解缠效果进行优化。另外,针对迭代次数的合理选择,还设计了一种迭代机制,避免了迭代次数过多引入的补偿冗余和迭代次数过少导致的补偿不足。相比最小二乘法,该方法通过加权处理对相位噪声的全局影响进行了约束;通过误差迭代补偿进一步大大提高了解缠精度。仿真试验结果表明:文中所提方法具有优越性。     

基于BP算法和时变基线的机载InSAR数据处理方法研究

该文首先系统分析了传统机载InSAR数据处理方法由于波束中心近似和地形高程未知导致的相位误差问题,以及该相位误差对成像质量和高程精度造成的影响。其次,提出了基于BP算法和时变基线的机载InSAR数据处理方法,解决了波束中心近似带来的问题,并通过时变基线的干涉处理方法减小了地形高程未知导致的高程误差。最后,通过仿真分析验证了该方法的有效性。     

InSAR相位解缠最小二乘算法的研究

相位解缠是干涉合成孔径雷达（InSAR）测量地形高程的重要步骤之一。由噪声和欠采样导致的相位不一致性问题是相位解缠的难点。本文分析了相位解缠最小二乘算法的原理和性质,总结了算法的优缺点。最后采用加拿大RadarSatl数据进行实验,验证了分析的结果。     

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。      

SRTM DEM在InSAR相位解缠绕问题中的应用

提出了一种利用航天雷达地形测绘任务（SRTM）数据高程模型（DEM）来处理干涉式合成孔径雷达（InSAR）数据的新方法。同时,该算法可以用于解决相位解缠绕问题。文中创新性的提出将SRTMDEM作为相位解缠绕的指导,比较好地解决了这个问题。在实验结果中,利用JESR卫星数据验证了相关的理论分析,所提出的方法在很大程度上改善了相位解缠绕技术的性能。     

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。      

机载双天线InSAR运动补偿误差的影响分析

 干涉SAR运动补偿是实现高精度机载干涉SAR测量的关键。该文针对运动补偿误差对机载双天线干涉SAR测量的影响进行了详细的分析。首先在参考高程无误差和有误差两种情况下对运动补偿残余误差进行建模;随后分析了无测量误差条件下运动补偿残余误差对干涉相位和平面定位精度的影响;接着分析了存在航迹测量误差和基线测量误差条件下运动补偿残余误差的影响;最后,通过仿真和实测数据实验验证了理论推导的正确性。该文的分析结果为机载双天线干涉SAR系统设计和数据处理提供了理论基础。     

A maximum-likelihood estimator to simultaneously unwrap, geocode, and fuse SAR interferograms from different viewing geometries into one digital elevation model

This paper presents theory, algorithm, and results of a maximum-likelihood algorithm that is capable to fuse a number of heterogeneous synthetic aperture radar interferograms into a single digital elevation model (DEM) without the need for the critical phase-unwrapping step. The fusion process takes place in the object space, i.e., the map geometry, and considers the periodic likelihood function of each individual interferometric phase sample. The interferograms may vary regarding their radar wavelength, their baseline, their heading angle (ascending or descending), and their incidence angle. Geometric baseline error estimates and a priori knowledge from other estimates like existing DEMs are incorporated seamlessly into the estimation process. The presented approach significantly differs from the standard DEM generation method where each interferogram is first phase-unwrapped individually, then geocoded into a common map geometry, and finally averaged with DEMs generated from other interferograms. By avoiding the phase-unwrapping step, the proposed algorithm does not depend on gradients between samples and is therefore capable to reconstruct the arbitrary height of each single scatterer. Because the height of each DEM sample is determined individually, spatial propagation of phase-unwrapping errors is avoided. The algorithm is targeted to fuse an ensemble of interferometric multiangle or multibaseline observations in areas of rugged terrain or highly ambiguous data where algorithms based on phase unwrapping may fail. The algorithm is explained, and examples with real data from the Shuttle Radar Topography Mission are given. Conditions of future missions are simulated, and optimization criteria for the viewing geometry are discussed.     

机载干涉SAR 运动补偿中地物目标定位误差的影响分析

在基于IMU/GPS 测量数据的运动补偿方法中,IMU 测量误差和地物目标定位误差导致不准确的相位补偿量,从而引入残余运动误差。该文针对机载干涉SAR 运动补偿中地物目标定位误差的影响,建立了在斜视条件下由地物目标定位误差引入的残余运动误差的数学模型,分析了导致地物目标定位误差的系统采样延时误差、多普勒中心频率误差和参考DEM 误差对残余运动误差的影响,重点讨论了参考DEM 误差对干涉SAR 图像质量、干涉相位和相干系数的影响。该文的讨论结果为机载高精度SAR 和重轨干涉SAR 数据处理中运动补偿精度提供了理论基础。      

波束中心近似对机载干涉SAR运动补偿的影响分析

为了定量分析波束中心近似对机载干涉SAR运动补偿的影响,该文首先建立斜视条件下波束中心近似时运动补偿残余误差的数学模型,其形式类似于斜距误差。随后推导斜视条件下二次斜距误差对干涉SAR的影响,通过仿真验证了理论推导的正确性。最后详细讨论不同波段、斜视角、轨迹偏移、地形变化和斜距情况下波束中心近似对干涉SAR运动补偿后图像质量和相干系数的影响。该文的分析结果为机载重轨干涉SAR数据处理中运动补偿精度的估计提供了技术支持。     

Motion compensation using substrip PGA

MOtion COmpensation （MOCO） is an essential step in high resolution airborne Synthetic Aperture Radar （SAR） imaging.Generally,a reference altitude level is assumed and external Digital Elevation Model （DEM） is required for the scene topography heavily varied.To overcome the shortcoming,we propose a MOCO method based on Phase Gradient Autofocus （PGA） which can obtain well focused images without DEM.In the implementation,we first compensate the normal range-invariant term.Then the data are divided into strips in range-compressed domain and PGA is applied to each substrip to extract the phase errors.Finally,the phase error surface is obtained using interpolation and then compensated.Real airborne SAR data of a UAV-SAR system experiments and comparisons demonstrate the validity and effectiveness of the proposed algorithm.The results show that our algorithm is effective.     

星载InSAR系统DEM重建及其误差分析

对于星载干涉合成孔径雷达(InSAR)系统数据处理中的数字高程模型(DEM)重建,其误差受基线误差等误差源及是否采用地面控制点(GCP)影响。该文基于传统重建方法得出了利用GCP时的DEM重建方法,并分析了重建误差关于基线误差的传递关系。由此传递关系,可知系统对轨道测量精度的要求很高,而利用GCP时,相同轨道测量精度条件下,重建误差大大减小。故为了在保持重建精度的情况下降低对轨道测量精度的要求,可以利用GCP。另外上述分析得出的误差传递关系可以用来指导系统一些参数的设计。     

一种新的低频超宽带干涉合成孔径雷达绝对相位估计方法

该文针对低频超宽带(UWB)干涉合成孔径雷达(InSAR),提出一种新的干涉相位绝对值估计方法。该方法首先对干涉图像进行非参数模型的精配准,并利用配准偏移量生成配准相位。然后将配准相位从干涉相位中去除,得到失配相位。最后估计失配相位的绝对相位,进而得到绝对干涉相位的值。该方法利用失配相位具有无相位缠绕或只在相干性较差区域存在相位缠绕的特性估计其绝对相位,相比传统的绝对干涉相位估计方法具有更小的运算复杂度。P波段UWB InSAR实测数据处理结果验证了该方法的有效性。