三维成像雷达高度计机载原理样机及机载试验

本文介绍了三维成像雷达高度计的工作原理和系统设计,重点介绍机载样机系统及首次机载飞行试验.机载试验在国内首次获得单轨双天线干涉相位图像.对干涉相位进行算法处理后得到了三维地形图.     

采用JVC算法生成枝切线的干涉相位解缠方法

海面高程3维成像是随着天宫二号发射而实现的技术,相位解缠是3维成像高度计高程反演的关键步骤.为改进Goldstein枝切法,缩短干涉相位图中枝切线的总长度,提升相位解缠的精确性,该文提出一种基于JVC全局最优线性分配算法生成枝切线的相位解缠方法.首先找出干涉相位图中的所有残差点并计算每一对异号残差点之间的距离;通过对比每对残差点之间的距离和各自与最近边界的距离和,确定采用JVC算法放置枝切线还是在残差点与边界之间直接放置枝切线,使得平衡枝切线的总长度最短.通过对3维成像高度计海面高程仿真干涉相位图和Etna火山地区干涉图像进行解缠实验并与其他3种算法进行对比,表明该算法的解缠结果与真实相位值误差相对较小,而且能够有效避免"孤岛现象"的产生.     

干涉成像雷达高度计数据处理系统

介绍干涉成像雷达高度计的数据处理系统以及其在首次机载飞行实验中的应用结果。成像雷达高度计数据处理系统是建立在IDL(InteractiveDataLanguage)软件编程平台上。利用该数据处理系统 ,这次实验在获得双天线二维复图像的基础上 ,在国内首次获得单轨双天线的干涉相位图像 ,并最终获得了三维地形图     

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。      

采用JVC算法生成枝切线的干涉相位解缠方法

海面高程3维成像是随着天宫二号发射而实现的技术,相位解缠是3维成像高度计高程反演的关键步骤。为改进Goldstein枝切法,缩短干涉相位图中枝切线的总长度,提升相位解缠的精确性,该文提出一种基于JVC全局最优线性分配算法生成枝切线的相位解缠方法。首先找出干涉相位图中的所有残差点并计算每一对异号残差点之间的距离;通过对比每对残差点之间的距离和各自与最近边界的距离和,确定采用JVC算法放置枝切线还是在残差点与边界之间直接放置枝切线,使得平衡枝切线的总长度最短。通过对3维成像高度计海面高程仿真干涉相位图和Etna火山地区干涉图像进行解缠实验并与其他3种算法进行对比,表明该算法的解缠结果与真实相位值误差相对较小,而且能够有效避免“孤岛现象”的产生。     

InSAR数字地形高度图的生成研究

干涉合成孔径雷达（InSAR)成像处理中，干涉相位图在相位展开之后，还需作相位高度转换和数字地形高度图（DEM）的校准处理，本文基于InSAR成像原理的一种新的近似描述，按照不同的物理意义将干涉相位差分成三个不同的分量，然后据此讨论了从三维相位图到DEM的转换以及DEM的校准处理，仿真结果验证了该方法的正确性。     

交轨干涉SAR涌浪干涉相位模型及数值模拟

建立了包含海表面高度和速度聚束的交叉轨迹干涉合成孔径雷达(AcrossTrack Interferometric Synthetic Aperture Radar,XTI-SAR)涌浪干涉相位模型,得到了涌浪成像的解析表达式.进一步研究了XTI-SAR沿方位向传播的涌浪成像机制.定义二次谐波振幅与基波振幅比率来表征成像非线性,通过比较XTI-SAR和沿轨迹干涉合成孔径雷达(Along-Track Interferometric Synthetic Aperture Radar,ATI-SAR)相位的二阶调和分量,分析不同海况和干涉SAR参数情况下的数值模拟,结果表明:当速度聚束弱时,XTI-SAR相位比ATI-SAR相位具有较强的非线性,ATI-SAR比XTI-SAR更适合测量海浪.当速度聚束强时,XTI-SAR相位比ATI-SAR相位具有较弱的非线性,XTI-SAR比ATI-SAR更适合测量海浪.     

射频干扰对机载P波段重复轨道InSAR系统的影响分析

工作在低频段的SAR容易受到射频干扰(Radio Frequency Interference,RFI)的影响,而导致SAR图像质量的恶化。对于重复轨道InSAR来说,RFI的存在还会影响其干涉相位。针对此问题,该文将实测RFI信号加入仿真的典型圆锥场景回波,进行成像和干涉处理,给出了干扰前后的成像和干涉处理结果,分析了实测RFI对SAR图像幅度、相位和重复轨道干涉处理的影响。最后使用频域陷波方法对机载P波段重复轨道InSAR实际数据中的RFI信号进行干扰抑制,给出了干扰抑制前后的重复轨道干涉处理结果,验证了仿真分析的正确性,表明了该文干扰抑制方法对减小由RFI引入干涉相位误差的有效性。     

干涉显微细胞相位快速恢复及图像预处理分析

和传统成像技术相比较,相位显微成像应用期间省略了染色环节,并且能实现无损伤性操作,成像结果可以数量化,近年来在生物细胞学科领域中有较广泛应用。很多学者陆续提出较先进的定量相位成像技术和光波干涉原理存在一定相关性。文章首先阐述了相移干涉显微成像基本原理及典型的相位恢复方法;其次提出新型微分相位提取法;最后对显微镜下细胞图像进行预处理,并以此方法作出模拟及实验验证,目的是阐述相位梯度用于辨识细胞类别及内部结构的可行性。     

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。      

基于数字全息相位差放大的弱相位检测方法

相位差放大技术(PDA)是干涉测量领域里一种提高相位分辨率和测量精度的手段。将数字全息与相位差放大技术相结合,提出了一种利用傅里叶变换原理实现数字相位差放大(DPDA)的方法,并应用于弱相位检测。与传统的光学相位差放大方法相比,数字法相位差放大对实验装置要求较低,并且具有易于抑制噪声、载波因子可调等优点。数值模拟和实验分析的结果也表明,该方法可以实现100倍以上的低噪声相位差放大,使干涉仪分辨弱相位细节的能力有显著提高。     

对配准误差稳健的多基线相位展开方法

提出了一种对配准误差稳健的多基线相位展开方法.该方法首先根据配准误差的方向来确定最优联合观测矢量,进而确定存在配准误差时的真实导向矢量,并且用此导向矢量进行波束形成来进行相位展开,能够同时完成图像配准、干涉相位噪声滤波和相位展开,因此可以在SAR图像配准精度很差(可以允许达到一个分辨单元)的条件下得到稳健的相位展开性能,仿真结果证明了此方法的有效性.     

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。      

基于权衡因子的联邦滤波信息分配系数研究

组合导航系统的融合算法普遍采用运行速度快、实时性强、计算量小的联邦滤波算法。针对该算法中当前的信息分配原则无法同时兼顾系统滤波精度及容错性的缺陷,采用了一种基于权衡因子的自适应信息分配方法。通过各子系统的误差协方差及量测噪声方差分别计算出能够提高系统滤波精度和容错性的信息分配系数,将各子系统的故障概率归一化得出该子系统的权衡因子,并在权衡因子的作用下自适应调节上述两种信息分配系数所占的比重,达到同时兼顾系统滤波精度和容错性的目的。仿真结果表明该方法能够减小系统的融合误差,保证系统的工作性能及融合精度。     

基于模数的干涉相位自适应中值滤波法

为了改善对干涉相位噪声的抑制效果而又确保有用相位跳变信息不被滤除,该文首先研究了模数滤波算法,并提出了一种基于最短子区间搜索的干涉相位模数估计算子对其进行改进,在进一步分析模数估计参数与相位分辨率之间关系的基础上,提出了一种局部相位中心随干涉相位质量自适应变化的中值滤波方法。该方法不仅克服了模数滤波导致的条纹边缘模糊问题,还解决了传统空域滤波进行一致性处理所造成的过滤波和欠滤波问题,而且具有较高的运算效率。最后通过对仿真和实测TerraSAR–X数据的处理和分析,验证了该方法的有效性。     

任意正弦调制的正弦移相干涉波面测量方法

针对正弦移相干涉（SinPSI）中位相调制无法精确控制的问题,提出了一种从时域频谱提取波面信息的任意正弦调制SinPSI方法（ASM-SinPSI）。首先,根据SinPSI信号频谱的第一、三个谱峰强度关系确定调制幅度,并采用空间随机点的方法避免了分母零值的问题,然后从SinPSI信号的前三个谱峰中获得波面位相的正切数值与符号信息,最后以反正切计算波面位相。数值仿真表明:在未知调制信息情况下,ASM-SinPSI的波面位相提取误差为0.016 rad。在调制幅度为1.6、2、2.5、3 rad时的测量实验中,ASM-SinPSI均可精确提取波面位相,与真实波面偏差的最大值为0.058 7 rad。在1.5~3.5 rad区间内的任意调制幅度下,ASM-SinPSI无需精确预知调制信息即可高精度提取波面位相,放宽了对移相器的严苛要求。     

精度分类量测数据的变分贝叶斯自适应Kalman滤波算法

针对带有精度分类信息的方差未知量测数据的滤波问题,本文提出了一种扩展的变分贝叶斯自适应Kalman滤波(EVB-AKF)算法。该算法在量测数据精度等级不变或降低时将后验分布参数修正为原VB-AKF算法外推近似值与精度分类信息对应的方差上界的加权和的形式,并在精度等级提高时利用精度分类信息重置后验分布参数,解决了VB-AKF算法后验分布参数一阶常系数模型不能完全适应量测噪声方差动态变化的问题。仿真结果表明,该算法能够快速有效的估计出动态变化的量测噪声方差,并且能够有效的实现数据滤波。      

基于注意力网络的地基SAR时序差分相位分类方法

地基合成孔径雷达(Ground Based Synthetic Aperture Radar, GBSAR)具备形变测量精度高、可大面积非接触监测、可全天候监测的优势,是对露天矿山工作帮及排土场进行亚毫米级形变监测的主要技术手段之一。边坡形变监测过程中出现的多径效应造成的差分相位变化会被错误识别为形变,而形变结果的准确性又是触发预警流程的重要依据。针对识别形变精度低的问题,本文开展了差分干涉相位时序特征表达方法研究,并以此为基础提出了一种基于注意力网络模型的地基SAR时序差分相位分类方法,以相位变化趋势与区域范围作为依据来区分突变区域和缓变区域,通过模型预测出真实形变分布。经过实验结果证明,注意力网络模型可以较为准确的提取出形变分布,有效减少多径效应造成的误差干扰。      

信道互耦和不平衡度对综合孔径微波辐射计复相关干涉测量的影响分析及其校准

本文分析了信道互耦和不平衡度对干涉式综合孔径微波辐射计复相关干涉测量的影响.分析表明干涉测量误差的主要来源是信道的相位不平衡度.实现信道中心频率的相位精度就可以保证干涉相位的精度,而通道内的残余相位差只会引起干涉相关度的降低.通过相干/不相干噪声校准,就可以对信道不平衡引起的干涉相关测量误差进行修正.     

基于多参数延时决策的低重频雷达速度估计方法研究

航迹滤波中引入速度量测可提高滤波精度,但低重频雷达测速存在模糊,针对距离微分或Kalman滤波速度估计精度不能完全满足低重频测速解模糊问题,提出了多参数延时决策方法的速度模糊滤波方法.该方法以贝叶斯航迹概率为决策依据,对于难以当前决策的速度参数进行多假设延时决策,可有效解决低重频雷达径向速度估计问题.仿真试验表明,该方法在解速度模糊的同时可进行带径向速度量测的滤波,能较大程度地提高距离估计精度,并在一定程度上提高角度估计精度.