基于机载InSAR生成DEM技术研究试验

本文描述了机载双天线合成孔径雷达干涉测量数据生成数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)技术,针对机载双天线InSAR数据自动生成DEM的数据处理流程进行试验,主要包括:复图像配准、干涉条纹图滤波、相位解缠、相高转换。本文基于VC++开发了机载InSAR干涉处理原型系统,利用分辨率为2m×2m的机载双天线X波段InSAR数据进行了干涉处理实验,并将生成的DEM和实测的控制点数据进行了对比分析。试验结果证明基于机载双天线InSAR数据生成DEM技术可满足1:50000的精度要求。     

InSAR技术获取高山峡谷区DEM精度研究

通过对金沙江河段高山峡谷区L波段的Alos-Palasar和C波段的Radarsat-2雷达单视复数数据的干涉处理,获取此区域的数字高程模型(DEM)。利用SRTM 90m分辨率的DEM为参考数据,通过对比分析发现InSAR技术生成的DEM精度与相干系数、地形和波长有密切的关系。同时也验证了在相干性好,地形起伏不太剧烈的地区,用InSAR技术生成DEM是可行的。     

干涉、极化干涉SAR技术森林高度估测算法研究进展

在干涉、极化干涉SAR森林高度估测中,估测算法对结果精度起着决定性作用。通过对现有森林高度干涉、极化干涉SAR研究的系统性分析,总结了现有研究中森林高度估测算法的基本原理、模型假设及其应用局限性,并对这些算法在区域和全球尺度森林高度反演中的潜力进行了分析。总结发现,基于干涉SAR技术的DSM-DEM差分法在森林高度反演中精度较高,与极化干涉SAR算法相比,受到森林类型、结构的影响较小,在区域和全球尺度森林高度反演中具有很大潜力。但是其局限性在于是否能够获取大范围高精度的DEM;极化干涉SAR技术利用了森林的极化散射特点,不受DEM的限制,可以大范围地进行森林高度反演,但是在森林异质性大的区域,仍然需要进一步分析森林特征对不同波长相位及相干幅度的影响,根据森林的微波散射原理拓展微波散射模型,才能进一步提高估测结果和精度。此外,由于单基线干涉SAR、极化干涉SAR对森林垂直结构可见性差,因此,发展多维度、多基线SAR及其相应算法并朝这个方向拓展是未来采用干涉SAR、极化干涉SAR进行森林高度反演的主要方向。     

基于ALOS极化干涉SAR数据的DEM提取方法研究

极化干涉理论的发展以及全极化卫星的发射,为极化干涉的研究应用提供了广阔的发展空间,开展极化干涉SAR提取DEM的研究对于解决单极化干涉SAR在植被覆盖区DEM提取精度较低的问题具有重要意义。基于山东泰安地区的一对ALOS PALSAR全极化干涉数据,利用相干性最优方法和最大化相位中心分离的方法获取极化干涉信息,并通过对优化后干涉信息的滤波、解缠、基线精确估计等处理来提取DEM,最后将相干优化的结果与传统HH、HV、VV单极化干涉结果进行对比分析。结果表明:优化方法较单极化干涉方法可以有效降低干涉图的噪声,减少相位解缠的残差点,提高解缠相位的质量,并且不同优化方法之间还存在一定差异,数值半径方法获取的DEM精度要好于其他两种优化方法;通过等值线-Goldstein二级干涉SAR滤波方法可进一步提高单极化和优化干涉图的质量,降低残差点,提高相位质量,在水体覆盖的区域通过滤波窗口的设置可以很好地改善DEM的精度。     

星载SAR干涉技术获取DEM及其精度分析

星载合成孔径雷达干涉（InSAR）技术是一种数据覆盖范围广、廉价、高效、方便的数字高程模型（DEM）获取方法,但在地面植被覆盖广、大气水汽含量高的地区其影像相干性随时间基线的增加迅速降低;同时,SAR卫星的轨道误差也影响DEM精度。利用ERS-1/2卫星串行模式SAR数据获取镇江地区DEM,分析了轨道误差对DEM精度的影响;根据干涉相位的统计特性,从理论上给出干涉相位噪声与相干系数和视数之间的关系。实验结果表明就干涉像对的卫星轨道误差和相位噪声而言,在小区域内DEM精度优于3.5 m。     

基于地面激光雷达点云数据的森林树高、胸径自动提取与三维重建

针对亚热带环境条件下森林树高、胸径自动化提取精度较低、单木形态模拟较为困难的问题,提出基于地面激光雷达点云数据提取森林树高、胸径及重建森林场景三维模型的方法。首先采用变尺度地面点识别法获取地面点并构建DEM。然后根据树木主干点云主方向相似度及轴向分布密度分割主干与其他植物器官点云。接着以主干点云为基础,采用迭代最小二乘拟合圆柱的方法自动提取树木位置、胸径;构建点云的八叉树结构,利用体素的空间邻接性实现点云分割,自动提取树高。最后,结合单株植物建模技术,以树根节点为纽带构建样地尺度上的森林场景三维模型。实验结果显示,胸径估测R~2为0.996,平均相对误差为2.09%,RMSE为0.66 cm;树高估测R~2为0.972,平均相对误差为2.16%,RMSE为0.92 m;所重建的森林场景三维模型可表达森林样地的真实形态。     

基于SPOT5遥感影像丰宁县植被地上生物量估测研究

利用SPOT5遥感影像数据和同期获得的野外调查样地数据,基于按植被类型分类估测的方法,研究了河北省丰宁满族自治县植被地上生物量的遥感估测技术。研究结果显示,SPOT5影像的4个波段反射率和中红外植被指数(VI3)结合建立的多元回归模型,可用于森林生物量的遥感估测,估测的R2值达0.540,说明中红外波段信息提高森林生物量的估测精度有一定作用;通过分析样地生物量与多种植被指数的相关性发现,基于比值植被指数(RVI)的指数回归模型是灌丛生物量估测的最佳模型,估测的R2值达0.711,基于归一化植被指数(NDVI)的简单线性回归模型为估测草地生物量的最佳模型,R2值达0.790。利用2008年的全覆盖SPOT5影像,获得了丰宁县2008年植被地上生物量分布图,除农田植被外,全县地上生物总量为3.706×107 t,单位面积生物量平均为51.223t/hm2,其中,森林植被总生物量为3.578×107 t,灌丛植被总生物量为1.048×106 t,草地植被总生物量为2.277×105 t。     

基于小波域HMT模型InSAR干涉图噪声滤波研究

相干斑噪声是InSAR干涉图固有的,且InSAR干涉图对相干斑噪声十分敏感,为了得到精度更高的干涉测量产品,需要对干涉图进行相干斑噪声滤波。针对InSAR干涉图中相干斑噪声的统计特性,提出了一种基于小波域HMT模型的InSAR干涉图滤波算法,对InSAR干涉图的实部和虚部分别进行处理。试验研究结果表明,该方法在有效抑制相干斑的同时,还能有效地保持相位的细节信息和条纹的边缘结构,而且大大地减少了残余点的数量,有利于提高InSAR干涉测量的精度。     

一种星载InSAR高精度快速DEM重建方法

面对全球干涉测量的海量实测数据,在保持精度的情况下,如何提高处理速度是星载干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)数据处理必须考虑的重要问题.数字高程模型(digital elevation model,DEM)重建是InSAR数据处理中较为耗时的一个关键环节.针对星载InSAR处理中DEM快速重建的难题,从DEM重建原理出发,分析揭示了干涉相位与目标点三维坐标映射关系的两个基本特性,一是目标点的三维坐标与干涉相位的关系可以分别用多项式来进行拟合,二是SAR图像上相近像素各自对应的多项式变化不大,并从理论上对特性的成立进行了论证.基于此,提出了一种快速DEM重建方法,给出了快速算法的详细步骤及关键参数的取值方法.最后,利用德国最先进的在轨雷达卫星TerraSAR-X获取的重复轨道干涉数据进行快速DEM重建,处理结果表明在重建精度损失较小的情况下,显著提高了重建速度,验证了该方法的高效性和正确性.     

SIR—C C波段和L波段雷达干涉数据生成DEM的比较

为了研究波长对干涉雷达生成DEM质量的影响，以黑龙江省加格达齐地区为实验区，通过对美国航天飞机SIR－C／X－SAR C波段和L波段雷达单视复型（SLC）数据的处理，分别得到了两个不同的DEM，这两个DEM存在着一定的差异，通过与干涉相关性、相位解缠等干涉处理中的关键因素相结合进行的分析，揭示了干涉SAR技术生成DEM的精度与干涉相关性、波长的关系；同时，从另一个侧面说明了用InSAR技术生成DEM的可行性和影响因素；最后，利用1：50000地形图对干涉SAR生成的DEM误差进行了分析，并分析了地形图控制点精度对干涉SAR生成DEM的影响。     

Development of Forest Height Estimation Using InSAR/PolInSAR Technology

Forest height estimation is one of the hottest research areas of InSAR/PolInSAR technology within its 30 years’ development.Estimation algorithms play an important role in the forest height assessment by InSAR/PolInSAR technologies.This paper systematically reviewed the basic theories,model assumptions and then summarized the limitation and potential of these algorithms applied in forest height estimation,especially performed in regional or global scale.It also deliberated the intrinsic characteristics of these algorithms like DEM difference method,three\|stage inversion process,coherence amplitude method and so on.Analysis showed that the estimation results of DEM difference method had higher accuracy and less influence from forest types and structure.So it had great potential for global and regional forest height assessment,however,it was limited by the requirement of high accuracy DEM data in those area.The result accuracy of algorithms based on PolInSAR depended more on forest types,structures and also the robust of forest scattering models.It had no restriction of DEM and could perform in global and regional scale,but for the forest area with great heterogeneous,model and algorithm suitability and robust need to further studying.Besides,for the poor penetration of single\|baseline InSAR/PolInSAR,we should focus more on multi\|dimension,multi\|baseline technique for InSAR/PolInSAR application development in the future.     

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。     

基于正侧视模型的机载双天线干涉SAR外定标方法

采用基于敏感度方程的方法,研究了基于正侧视成像模型下的机载双天线干涉SAR系统的外定标问题。算法通过对干涉成像方程各参数求导,得到基于敏感度方程的误差模型,并在此基础上,依据若干地面控制点的精确数据,求解干涉参数偏差。通过迭代求解,得到定标后的干涉参数,并生成精确的数字高程模型及对地面目标点进行定位。利用我国自主设计、研制的机载干涉SAR系统获得的数据,进行了外定标处理实验,验证了方法的有效性。     

一种机载InSAR水体阴影的提取和识别方法

为了解决机载InSAR DEM中水体和阴影区域质量不佳需要区分修复的问题,提出一种综合利用机载InSAR数据源自动提取水体和阴影并加以识别的方法。首先基于InSAR DEM进行粗差点检测,利用粗差点作为种子点在SAR图像中区域生长,提取完整的水体和阴影区域;然后利用沿斜距向高程差和雷达俯角构造约束条件自动识别两者。通过对实测的机载高分辨率InSAR数据进行处理,水体阴影的识别率达到92%以上,其中水体和地形阴影的识别较好,而受制于DEM内在噪声等因素的影响,由树木造成的小块阴影容易造成误分。     

利用星载InSAR技术提取镇江地区DEM及其精度分析

InSAR技术是目前获取高精度数字高程模型（DEM）的一种新方法。为了分析InSAR技术提取DEM的精度,首先介绍了美国航天飞机雷达SRTM DEM的精度和数据结构,然后以江苏镇江地区作为试验区,采用ERS1/2卫星影像来提取DEM,并对星载SAR提取的DEM与SRTM 3弧秒分辨率DEM的精度作了比较。 结果表明,利用星载SAR提取的DEM分辨率与SRTM 3弧秒分辨率的DEM相当,能很好地显示出地形起伏（如山脉、沟谷）的纹理特征。进一步的研究还表明,利用InSAR技术提取DEM的精度与SRTM 3 DEM之间存在5米左右的系统误差,并对产生这一系统误差的原因作了详细分析。     

基于三维重建模型的机载双天线干涉SAR外定标方法及实现

采用三维重建模型,研究了机载双天线干涉SAR系统的外定标问题。算法采用基于敏感度方程的方法,通过对干涉成像方程各参数求导,得到基于敏感度方程的误差模型,在此基础上,依据若干地面控制点的精确数据,求解干涉参数偏差。通过迭代求解,得到定标后的干涉参数,并生成精确的数字高程模型。利用我国自主设计、研制的机载干涉SAR系统获得的数据,进行了外定标处理实验,验证了方法的有效性。     

基于Kriging方法的动态地形反向多级细化研究

针对层次细节模型（LOD）只能实现数据精度低于原始DEM数据的动态地形建模过程,提出了基于Kriging方法的动态地形反向细化方法（Levels Of Backward Detail,LOBD）。该方法提取出需反向细化区域,判断多级细化级别,分析区域的空间属性相关性,根据最优条件拟合变异函数,根据Kriging方法对目标区域进行插值,生成精度高于原始DEM数据精度的区域数据。设计了按独立树结构的插值数据动态存储方式。建模实验表明,新的动态建模方法的细节层次可以比LOD方法至少增加两级,并且保持渲染效率基本不变。     

COSMO-SkyMed数据在常州市地表形变监测中的应用

小基线集合成孔径雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)已成功应用于城市地表形变监测,并表现出极大的潜力和优势。X波段高分辨率雷达卫星在地表微小形变探测方面较C波段和L波段更为敏感。选取覆盖常州地区COSMO-SkyMed高分辨率SAR影像,采用SBAS-InSAR方法获得了地表形变时间序列,对比水准观测数据,分析了干涉测量结果的精度,根据历史地下水位监测数据,分析了地下水水位变化对地表形变的影响。结果表明:干涉测量结果与水准观测数据具有很好的一致性,沉降区域主要发生在武进区,最大沉降量超过-40mm,主城区出现了轻微的回弹现象,回弹达到+5mm;地下水水位持续上升与地面沉降减缓、地面回弹趋势一致,地下水水位变化仍然是常州市地表形变的主要影响因素。     

干涉合成孔径雷达基线估计要素分析

基线是干涉合成孔径雷达(InSAR)工作原理中的关键参数。它既使图像对产生了相干性，又是干损的根源之一。准确的理解它是掌握InSAR原理与相应的成像处理的基础。在DEM误差允许的条件下，一定存在着使DEM精度最好的最优基线。本文主要论述了基线、基线相干损失、极限基线和最优基线的概念及其相互关系，并给出了极限基线的表达式。建立了最优基线模型，最后通过仿真实验证明了该模型的有效性。