SAR对地观测技术及应用新进展

自1960年4月诞生国际上第一部合成孔径雷达(SAR)以来,SAR技术及应用发展已进入一个新的阶段.在该阶段,对电磁波的波段、极化、振幅和相位等信息的利用更加深入和综合,其显著的技术特征为双/多站或星座观测、极化干涉测量、高时序高分宽幅测绘、三维/四维结构信息获取和超高分辨率观测,其显著的应用特征为面向全球性重大问题如全球变化和全球可持续发展实现地球表面动态过程高精细、大尺度和时间连续的监测和评估.本文首先介绍了SAR对地观测技术的研究背景及意义,然后就四种典型的先进SAR即极化SAR、极化干涉SAR、层析SAR和超高分辨率SAR论述了其近十年来的研究进展,最后,展望了未来这些先进SAR对地观测技术的发展趋势,并重点探讨了在多通道信息获取、多角度观测、高时相观测、分辨率和测绘幅宽提升等方面的发展趋势.     

多极化干涉在PolInSAR植被高度估计分析

极化干涉SAR技术能够提供多种极化状态组合的干涉信息,提高干涉测量的精度。针对含有植被覆盖区域的电磁散射复杂情况,该文通过极化干涉SAR相干矩阵提取不同的极化干涉信息,分析不同极化散射机制对植被高度估计的特定物理意义,用极化干涉SAR仿真数据对不同极化干涉进行高度估计。通过选择最佳的极化干涉提高植被估计的精度,为极化干涉SAR植被成像提供一定的理论依据。     

结合相干系数的极化干涉SAR植被高度估计方法研究

阐述了极化干涉SAR成像技术的基本理论,分析了极化干涉SAR的植被散射模型和Cloude三阶段植被高度反演算法。因三阶段法采用多参数初值迭代求解方法,其运算量较大复杂性高,该文提出基于相干系数的高度估计方法。先用干涉相位估计植被高度,再由相干系数幅度估计植被高度对前面相位估计的高度进行补偿,既保证了一定植被高度估计精度,又大大减少了反演算法的运算量,最后用极化干涉SAR仿真数据验证了该方法的有效性。     

高分辨率星载SAR矿区灾害监测的应用潜力

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）遥感与成像具有全天时、全天候、能穿透风云雨雪和植被等独特优势,是近20年空间遥感与对地观测技术最重要的进展.进入21世纪,一系列高分辨率星载SAR的成功运行,标志着雷达遥感与对地观测进入了一个新时代.总结高分辨率SAR数据的优越性以及中低分辨率SAR数据分辨率不高造成的应用瓶颈问题.概述目前在轨的高分辨率SAR卫星———意大利的COSMO-Sky Med卫星、加拿大的Radarsat-2卫星和德国的Terra SAR-X卫星传感器特征,通过调研目前国内外高分辨率SAR后向散射信息和相位信息在变形类地质灾害监测特别是矿区地质灾害监测领域的应用,展望了高分辨率SAR在矿区开采沉陷与地质灾害监测的应用前景.     

基于ICA的极化SAR图像相干斑抑制

根据极化SAR图像的特点,针对传统空域滤波方法总存在降低相干斑与有效保持边缘纹理信息这一对矛盾,探讨了基于独立分量分析的极化SAR图像相干斑抑制技术,研究了两种基于ICA的极化SAR图像相干斑抑制方法,并分析了其优缺点及应用条件。实验结果表明:基于独立分量分析的方法能有效降低相干斑噪声,较好地保留边缘纹理信息,是一种有效的相干斑抑制方法。     

INSAR技术在滑坡监测中的应用研究

合成孔径雷达干涉（INSAR）测量及差分干涉测量（DINSAR）技术是近年来微波遥感发展的一个重要方向,而将其应用于滑坡监测中则是国内外的研究热点问题。本文首先简要阐述了INSAR和DIN—SAR技术的基本原理及其在滑坡监测中的主要方法,随后较为详细地介绍了这方面国内外研究的进展情况,在国外,法国、意大利、加拿大等国家已经进行了一些应用研究并取得较好的结果,而在国内基本还没有得到应用。与传统监测方法相比较,INSAR技术在滑坡监测方面主要具有全天候、大范围、高分辨率、高精度等优势,但在实际应用中则会产生去相关问题。文章最后阐述了将INSAR技术应用于滑坡监测中的发展方向,认为应该综合利用INSAR及PS技术,以便对滑坡进行更有效地监测。     

基于RadarSat2数据的法拉第旋转校正算法实验

鉴于星载合成孔径雷达(SAR)系统受法拉第旋转效应引入的极化矢量偏移影响,研究基于极化SAR传输模型给出常用星载SAR法拉第旋转效应校正算法,还原目标真实散射特性以用于地面精确信息反演.实验给出了四种常用校正算法关于C波段全极化Radar Sat2数据的法拉第旋转角估计性能分析,对比得到Bickel&Bates算法及Freeman算法具有较稳健的估计性能表现;并基于其对整景数据进行法拉第旋转效应估计,得到该雨林区域数据具有0°~2°的法拉第旋转角变化,对于一般遥感数据应用不会产生较大影响.这为进一步精确监测星载极化SAR系统失真变化打下了技术基础.     

基于Contourlet尺度相关的SAR图像融合

针对不同波段全极化SAR图像的融合,提出了一种基于Contourlet变换域进行图像融合的方法.利用Contourlet变换将图像分解为一个低频子带和多个不同方向的高频子带,对分解后的低频子带进行邻域能量加权融合;对方向高频子带依据尺度间相关性定义一个边缘信息量测指标,选择量测指标大的系数作为融合系数.最后对两波段全极化SAR图像进行了融合实验.实验结果表明：与小波变换等融合方法相比,利用所提出方法融合后的图像能够明显抑制SAR斑点噪声影响,在视觉特性以及评价指标上效果更好.     

利用双尺度模型的海浪极化SAR成像模拟

海浪极化SAR成像模拟对海面散射的研究有重要的意义。该文根据海浪随机理论进行了粗糙海面建模,利用海面的双尺度模型构造了包含涌浪的随机粗糙海面;同时考虑了大、小尺度的海面的影响。基于该海面模型,利用Bragg散射模型和几何光学近似法模拟了不同风速情况下海浪的极化SAR图像,并对海浪参数及SAR参数对极化图像的影响做了分析,得出了一些有益于海浪信息提取的结论。     

P波段SAR图像域极化隔离度影响因素分析

为了充分利用极化SAR数据信息,必须对极化SAR图像进行极化定标．针对P波段极化定标后图像域极化隔离度低的问题,分析了背景杂波和相对仰角对极化特性影响;对角反下地面对交叉极化响应机理进行了分析,提出了极化定标相对仰角改善方法．挂飞试验显示该方法有效提升了P波段图像域极化隔离度．     

基于极化矢量相似系数的极化Lee滤波改进算法

在相干斑抑制过程中,极化Lee滤波器的纹理保持性受到同性介质选取准确性的较大影响。通过引入极化矢量相似系数作为全极化SAR复图像数据的同性介质选择准则,给出了一种改进的极化SAR相干斑Lee滤波算法。实测数据的仿真实验表明,与极化Lee滤波器相比,改进算法具有较好的相干斑抑制效果,提高了滤波结果的纹理保持能力。     

选择利用Wishart和K统计描述的极化SAR图像分割

为得到极化SAR图像中不同异质程度区域的准确分割,本文提出一种选择利用Wishart和K统计描述的极化SAR图像分割方法。该方法采用分形网络演化算法思想,将简单线性迭代聚类算法生成的超像素作为初始对象;再根据区域异质度指标,选择利用Wishart分布或K分布描述对象的统计相似性;最终实现综合利用Wishart和K统计描述的极化SAR图像分形网络演化分割。通过模拟数据和真实极化数据进行实验并与其它方法相比较,结果表明,本文方法在整体上能准确分割不同异质程度的地物,在局部细节上分割结果边界更精细。     

Contourlet域的多极化SAR图像自适应融合方法

针对不同极化SAR图像的融合,提出了一种基于Contourlet变换的自适应窗口图像融合方法．首先对原始图像进行Contourlet变换,将图像分解为一个低频予带和多个不同方向的高频子带．对分解后的低频子带进行邻域能量加权融合,对各方向高频子带采用依据SAR图像斑点噪声特征的变化自适应地调整融合窗口的方法.通过对两极化SAR图像进行融合实验并与小波变换等融合结果比较,表明本文方法融合后的图像在视觉特性以及客观评价统计因子上取得了更好的效果,融合后的图像提供了比原始图像更丰富的信息．     

P波段宽带宽角高隔离双线极化天线SAR应用研究

针对机载SAR采用VHF频段时的宽带宽角扫描、高隔离双线极化天线设计和低剖面、轻重量、高抗震等应用难点,设计了一种P波段宽带宽角高极化隔离度天线;结合实际飞行试验数据,验证了该天线具有良好的性能．同时针对VV极化角反点目标脉压双峰现象,进行了旁附物对距离频谱影响的仿真,并提出了机载挂飞应用注意事项．     

无人机载SAR技术应用研究综述

SAR(合成孔径雷达)以其先进的雷达成像技术、全天候全天时的侦察能力、动目标显示能力、探测地下目标的能力、一定的识别伪装能力和较强的生存能力,已成为现代战争中监视、侦察、目标截获和火力控制的重要装备之一。本文简要介绍了无人机载SAR技术,以及目前该技术在无人机载传感器领域的研究热点,最后给出了它的发展趋势和亟待解决的问题。     

基于非局部均值的最优极化舰船检测算法

极化合成孔径雷达数据蕴含了丰富的极化信息,目前已经被应用到海上舰船检测研究。针对现有算法检测过程中存在虚警、漏警和目标分裂等问题,采用非局部均值结合最优极化检测,提出了一种新的极化SAR舰船检测方法。该方法首先采用非局部均值对极化SAR图像进行相干斑抑制;然后提取最优极化特征图,进而分析其统计分布并应用双参数恒虚警检测算法完成极化SAR舰船检测;最后通过Radarsat 2全极化数据对提出算法进行验证。实验结果表明,文章算法能有效抑制相干斑后检测出海上舰船。     

星载SAR测量海洋流场研究进展

多普勒信息是合成孔径雷达(SAR)进行海洋动力遥感的一个重要参数,自从20世纪80年代末就已经开始利用该参数反演海表面动力过程的相关研究.本文重点论述了星载SAR多普勒信息反演海表面流及其应用研究,主要包括SAR干涉测量方法获取海洋流场信息的主要技术手段及研究进展;多普勒频移方法反演表层海洋流场的发展历程及在上层海洋现象(包括地转流、准地转流以及中小尺度过程)中的应用研究;相关的国外重要数据融合计划和研发计划.目前国内在海洋流场的遥感方面还处于起步阶段,重点关注于反演理论和方法,而将反演信息应用于上层海洋动力的研究,还十分缺乏.希望通过本文的综述,为后续在该方向的研究提供借鉴.     

一种新的合成孔径雷达三维成像方法

研究了从全极化合成孔径雷达(SAR)图像数据中提取方位向的地势倾斜度信息,形成极化SAR三维成像。阐述了极化合成孔径雷达三维成像的快速搜索算法,对快速搜索算法作了修正与完善。提出了由Stokes矢量推导的极化椭圆方向角解模糊算法,利用真实的极化SAR图像数据得到了极化三维成像结果;并讨论了极化三维成像对地势场景的要求。     

快速实现投影寻踪方法并分类极化SAR图像

针对序列投影寻踪聚类模型用于多视极化SAR图像分类存在的速度慢的问题,文章提出了一种基于Bootstrap方法的快速投影寻踪实现方法.文中定义了拟最佳投影方向,给出了用于分类的Bootstrap样本选取准则,于是,只需要较少的样本就可寻找到拟最佳投影方向,实现极化SAR图像的快速分类.分类结果和原有的序列投影寻踪聚类分类结果一样,与直接采用极化散射特性的方法相比,都能极大地改进分类结果.同时相比于原有算法又极大地提高算法实现的速度.     

基于KPCA的多频极化SAR图像信息压缩和噪声抑制

多频极化SAR图像不同的波段和极化方向上存在着冗余信息和相干斑噪声。为此,提出了一种基于核主分量分析(KPCA)的多频率多极化SAR图像信息压缩和抑噪方法。KPCA通过利用"核技巧",对线性PCA进行了非线性的推广。对NASA/JPL 3个波段的多极化SAR图像实验结果表明,相对于线性PCA,KPCA具有更好的信息提取、压缩和噪声抑制作用。