GRACERL05反演南极冰盖质量变化方法比较

利用UTCSR发布的2003-01~2013-07GRACE RL05月平均重力场模型,分析比较了高斯滤波、各向异性滤波、扇形滤波和维纳滤波,并结合去相关滤波在反演南极地区冰盖质量变化方面的差异。通过计算得到以下结论:1基于121组重力场模型阶方差分布得到维纳滤波与半径为300km的高斯滤波效果最为接近,说明300km滤波半径完全可以满足质量变化信号的提取;2在一定范围内,提高滤波半径能提高反演结果信噪比,建议南极区域的滤波半径为500km;采用相同滤波半径,不同空间滤波算法计算的质量变化率基本一致,在南极区域可以选取任一滤波方法;3与其他算法相比,去相关滤波算法能在一定程度消除球谐系数中存在的系统误差,改善反演结果。     

GRACE时变重力位系数扇形滤波算法分析

卫星重力探测技术为监测全球陆地水储量变化提供了新的技术手段。采用Level-2 Release-05版本GRACE时变重力场模型数据计算了2010年全球陆地水储量的月变化;着重研究了扇形滤波对反演结果的影响;并结合GLDAS水文模型数据对反演结果进行了验证分析。实验结果表明:GRACE反演结果 GLDAS水文模型结果在时空分布上符合较好;扇形滤波能够削弱GRACE时变重力场模型的高阶项误差影响,有效去除反演结果中的条带状噪声。     

GRACE时变重力场各向异性高斯组合滤波方法

受测量误差等因素影响，直接使用GRACE时变重力场模型的地表质量变化反演结果呈现严重条带噪声，必须采用滤波消除。本文对不同滤波方法进行了试验分析，以信噪比最大为准则，确定了不同滤波方法的最优滤波参数，并在此基础上提出了一种各向异性组合滤波方法。该方法根据时变重力场模型球谐系数误差特性，结合各向异性高斯滤波和均方根滤波特点，对精度较高的低次项系数采用较大权重以保留更多有效信号，而对精度较差的高次项系数采用较小权重以压制噪声。不同于传统的两步法组合滤波，该方法仅需进行一步滤波处理。试验结果表明，本文提出的各向异性组合滤波方法计算步骤简单，能够有效消除条带噪声；与单一滤波和传统两步法组合滤波方法相比，提高了反演结果信噪比，保留了更多真实信号。     

利用GRACE RL05模型监测长江流域水储量变化

本文基于GRACE最新重力场模型RL05序列研究了高斯滤波、Wiener滤波、各向异性滤波三种方法在长江流域水储量变化监测中的适用性,计算了应用三种方法得到的水储量变化速率。通过与长江流域水文模型的比较,高斯滤波平滑半径为430km时所得的结果与Wiener滤波基本一致,但各向异性滤波反演的结果与水文模型更为接近,并且优于前面两种方法。研究结果表明GRACE RL05时变重力场球谐系数误差存在各向异性的分布特征,因此各向异性滤波更适用于GRACE区域水储量变化的研究。     

GRACE时变重力场的滤波理论及质量变化分析

正由于GRACE(gravity recovery and climate experiment)时变重力场模型直接解算质量变化时存在较大的误差,需要对其进行相应的滤波处理,提高质量变化的反演精度。本文总结了GRACE监测全球与区域质量变化的研究进展,分析了最新时变重力场模型的精度及其滤波方法;提出了基于重力位系数协方差阵的时变重力场滤波方法;分析了南极冰盖的质量变化、亚马孙流域陆地水质量和海平面变化。本文的研究成果及创新点主要包括以下几个方面:     

科尔沁沙地陆地水储量变化的GRACE时变重力场探测

为了实现科尔沁沙地的水资源监测,该文采用2003年7月至2010年12月的GRACE月重力场模型,经过去相关滤波、高斯平滑滤波和GIA改正,利用尺度因子法恢复重力场信号,反演科尔沁沙地的陆地水储量变化,与CPC水文模型反演结果进行对比分析。研究结果表明:由GRACE Release-05Level-2数据反演得到的2003年7月至2010年12月科尔沁沙地陆地水储量下降速率为-13.2±2.6(mm·a-1);CPC水文模型反演的该地区陆地水储量变化曲线与GRACE反演结果呈现出良好的一致性,具有相似的季节变化;2009年秋至2010年春该地区陆地水储量呈现直线减少,并达到最低点,这一现象与该时段中国北方的干旱事件相一致。     

多通道奇异谱组合滤波反演水储量变化

针对GRACE时变重力场球谐系数的高阶次项中含有的较高噪声会造成反潢结果产生误差的问题,该文采用多通道奇异谱分析和高斯滤波相结合的方案来滤除GRACE数据中的噪声,并与普遍使用的去相关滤波和高斯滤波相结合的方案进行了对比验证。首先利用这两种方法分别计算了2007年4、10月份的全球水储量变化,结果显示,这两种方法反演的结果基本相同,而多通道奇异谱分析与高斯滤波相组合的方法提高了信噪比,减弱了信号泄露误差,验证了该组合方案的可行性。然后又分别计算了亚马逊流域2004—2010年的水储量时间变化序列,并与GLDAS水文模型进行了对比验证,结果显示,这两种方法得到的水储量时间序列变化趋势基本相同,各自之间具有强相关性,进一步说明了该文方案在GRACE数据滤波中的可行性。     

利用GRACE重力卫星反演2003~2013年新疆天山地区陆地水储量时空变化

利用2003-1~2013-12的GRACE月重力场数据来计算新疆天山地区陆地水储量的变化,采用去相关滤波和300 km高斯滤波相结合的方法来滤除GRACE数据中的噪声,同时采用尺度因子的方法来减小GRACE后处理误差的影响,并利用Paulson模型结果来扣除由冰川均衡调整（GIA）对水储量反演结果的影响,把得到的最终结果与同期GLDAS、CPC水文模型进行了验证分析。结果表明,GRACE反演结果与两个水文模型的模拟结果变化趋势基本一致,在2003~2013年间,研究区域的水储量整体上呈现下降趋势,速率为-0.54±0.27 mm/a左右,但期间水储量变化波动较大,在2008年10月份左右,该区域水储量较同期呈现明显减小,这与该时段的干旱事件相一致。     

GRACE时变重力场滤波方法

针对GRACE时变重力场模型高阶项误差较大导致的"南-北"条带噪声,该文利用模拟的GRACE数据分析了去相关滤波、Gaussian滤波、组合滤波和平滑先验信息滤波方法对噪声的滤除效果和对真实信号的衰减程度。实验表明:4种滤波算法均能有效降低条带噪声,但单独使用去相关滤波时效果较差,需与其他算法结合使用;Guass滤波和组合滤波在减小噪声条带的同时,也在一定程度上牺牲了空间分辨率;平滑先验信息滤波在移除噪声、保留有效信号方面比其他3种算法有较为明显的优势。     

不同模型的地表质量异常一阶项、二阶项估计

为了合理补充重力场恢复与气候试验卫星（Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE）时变重力场的一阶斯托克斯系数（C₁₀、C₁₁、S₁₁）和替换二阶斯托克斯系数（C₂₀）,介绍了相关GRACE-OBP算法及其改进的算法,比较了相应的Chamber Model和4个Sun Model的一阶系数及其计算的地表质量异常,同时比较了基于卫星激光测距观测的Cheng Model与4个Sun Model的C₂₀及其地表质量异常。结果表明,GRACE-OBP算法的一阶系数、卫星激光测距观测的C₂₀及其地表质量异常与改进的GRACE-OBP算法在趋势项上有很大差异,但周年项差异相对较小。利用不同截断阶数和不同机构的GRACE时变重力场模型,对其趋势项和周年项都有一定影响,且对趋势项影响更大。因此,在计算陆地水储量变化时,建议使用改进的GRACE-OBP算法的估计结果,使用较理想的、截断阶数较高的GRACE时变重力模型。     

GRACE反演南极冰盖质量变化的高斯与Wiener滤波比较

本文利用UTCSR 2003年1月到2008年8月间的GRACE Level-2 RL04重力场模型估计了南极冰盖质量变化。计算过程中分别采用高斯和Wiener滤波两种平滑方法,分别采用22、43和65个月重力场模型计算Wiener滤波信号与噪声函数,得出以下结论:在实际的计算过程中需要具体计算Wiener滤波平滑因子值,65个月GRACE重力场模型计算得到的Wiener滤波权值非常接近于平滑半径为540km高斯滤波权值;采用两种不同的滤波方法在相同区域质量变化率基本相同。     

A Novel Approach of Despeckling SAR Images Using Nonlocal Means Filtering

Synthetic aperture radar (SAR) is a day and night, all weather satellite imaging technology. Inherent property of SAR image is speckle noise which produces granular patterns in the image. Speckle noise occurs due to the interference of backscattered echo from earth’s rough surface. There are various speckle reduction techniques in spatial domain and transform domain. Non local means filtering (NLMF) is the technique used for denoising which uses Gaussian weights. In NLMF algorithm, the filtering is performed by taking the weighted mean of all the pixels in a selected search area. The weight given to the pixel is based on the similarity measure calculated as the weighted Euclidean distance over the two windows. Non local means filtering smoothes out homogeneous areas but edges are not preserved. So a discontinuity adaptive weight is used in order to preserve heterogeneous areas like edges. This technique is called as discontinuity adaptive non local means filtering and is well-adapted and robust in the case of Additive White Gaussian Noise (AWGN) model. But speckle is a multiplicative random noise and hence Euclidean distance is not a good choice. This paper presents evaluation results of using different distance measures for improving the accuracy of the Non local means filtering technique. The results are verified using real and synthetic images and from the results it can be concluded that the usage of Manhattan distance improves the accuracy of NLMF technique. Non local approach is used as a preprocessing or post processing technique for many denoising algorithms. So improving NLMF technique would help improving many of the existing denoising techniques.     

利用卷积自编码器重建含噪重力数据

卷积自编码器融合了适于处理相同维度数据映射的自编码器神经网络,以及近年来在图像处理领域取得广泛应用的卷积神经网络。基于深度学习处理重力观测数据图像, 利用卷积自编码器从含噪声的重力图像中重建重力观测图像。首先,随机建模生成大量不同参数的重力异常体,正演其重力异常, 将加入噪声的重力异常和原始重力异常分别作为卷积自编码器的输入和输出进行训练;然后,模拟数据测试表明训练得到的神经网络重建效果良好;最后,用Kauring实验场实测重力数据测试该神经网络的泛化性能,并与快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)滤波、db小波(Daubechies wavelet)滤波方法进行了比较。结果表明,训练好的卷积自编码器重建实测重力数据的平均误差小于FFT滤波方法及db小波滤波,且能避免重力异常特征过度滤波而消失,受噪声干扰小于db小波滤波,综合效果理想。     

各向异性组合滤波法反演陆地水储量变化

地球时变重力场模型反演陆地水储量变化已为全球气候变化研究作出巨大贡献,考虑到时变重力场模型球谐系数中存在相关性,其高阶次项具有较大的误差,需采用最优的滤波方法进行空间平滑。本文提出一种新的各向异性组合滤波方法,其基本思想是将改进的高斯滤波法与均方根(root mean square,RMS)滤波法组合,即对球谐系数的低阶次采用改进的高斯滤波法,而高阶次采用RMS滤波法。首先分析了最新的GRACE RL05系列时变重力场模型系数误差特性,基于全球水储量变化反演结果,分析比较了高斯滤波、改进的高斯滤波、RMS滤波和DDK滤波与本文提出的组合滤波法的有效性及精度,并利用模型结果进行了验证,计算结果表明,组合滤波法的中误差最小。研究结果表明,本文提出的组合法相比于先前的滤波方法,可有效地过滤高阶次的噪声,消除南北条带误差,同时减少信号泄漏,提高信噪比,保留更多有效的地球物理信号,进而提高反演精度。     

一种基于小波相位分析的InSAR干涉图滤波算法

为了提高InSAR干涉图的滤波质量,本文在考虑干涉信号在同一尺度内具有相关性的基础上,提出并实现了一种基于小波相位分析的干涉图滤波算法.为检验算法的有效性,选取美国Phoenix地区高信噪比和伊朗Bam地区低信噪比两个真实C波段干涉图进行了滤波实验,通过与中值滤波算法、小波-中值滤波算法比较,证实了小波相位滤波算法是有效的且具有一定的优势.研究表明,不论是高信噪比干涉图还是低信噪比干涉图,小波相位滤波算法都能有效抑制其噪声.     

一种新的去除遥感影像混合噪声组合滤波方法

提出了一种三层组合滤波的去噪方法,在小波BayesShrink阈值与自适应中值滤波的基础上增加第三层Wiener滤波,利用Wiener滤波对信噪比高的信号去噪效果好的特点可有效去除残留的混合噪声,为了在去噪过程中保留影像的边缘,在滤波过程中加入了边缘提取算法,对影像的细节进行保留使去噪后的影像更加清晰。试验表明,本文提出的三层滤波方法在去除遥感影像常见的高斯与脉冲混合噪声时,效果要明显优于传统的两层组合滤波算法。     

基于统计数据选取种子点的LiDAR点云迭代滤波算法

经典的渐进三角网滤波算法在LiDAR点云数据处理中应用十分广泛,但其滤波精度很大程度上取决于种子点选取的正确率。本文针对这一问题,在渐进三角网加密算法基础上提出了一种基于小格网高程、均方差和点密度统计数据选取种子点的迭代滤波算法。实验结果表明,本文的迭代滤波算法可有效避免低点等非地面点对种子点选取的干扰,且滤波结果生成的DEM精度较高,具有一定的实用性。     

A locally adaptive filter of interferometric phase images

We propose an adaptive filtering approach for interferograms, which is a modification to the Lee adaptive complex filter. Based on local frequency estimates, we compute the normal orientation of local phase fringes. A directionally dependent filtering window is aligned perpendicular to the normal orientation of local phase fringes (i.e., along local phase fringes) by interpolation, making the pixels included in the filtering window have approximately more homogeneous values. Moreover, the computation of the filter parameter does not require local phase unwrapping in the real plane. This filter minimizes the loss of signal and reduces the level of noise. By using two sets of simulated data, its effectiveness can be seen in terms of the fidelity to noise-free phases, fringe preservation, and residue reduction.     

用小波变换和中值滤波研究差分干涉图的去噪

介绍了小波变换的基本原理和图像去噪常见的滤波方法,采用几种常见滤波分别对模拟差分干涉图和EVISAT卫星获取的矿区真实合成孔径雷达（ASAR）数据的差分干涉图分别进行滤波去噪处理,并对其去噪效果进行分析。采用小波变换和中值滤波相结合的方法对矿区真实ASAR数据差分干涉图进行去噪处理,并对先中值滤波再小波变换和先小波变换再中值滤波两种方式去噪结果分别进行了分析比较,结果表明：先小波变换再中值滤波去噪后,图像保真效果较好。