基于严密模型的多基线InSAR高程反演方法

针对常用多基线干涉合成孔径雷达(In SAR)高程反演方法基于简化模型、精度低、计算量大的问题,该文提出一种新的多基线In SAR高程反演方法。该方法引入严密几何关系的三维重建模型,并添加干涉相位的整周期数作为求解参数,迭代求解目标点的三维坐标。由于该方法采用目标点三维坐标信息连接不同干涉数据,明显降低了系统误差对整周期数求解的影响,因此较常用多基线In SAR高程反演方法更具可靠性。机载数据实验结果表明:对于定标数据,该文方法结果的精度与最大似然高程估计(MLHE)方法相同;对于未定标数据,该文方法结果的精度优于MLHE方法;MLHE方法的数据处理时间为该文方法的6~7倍。在星载数据实验中,MLHE方法耗时351 s,该文方法耗时14 s。     

星载高分辨聚束模式SAR数据干涉处理

数字高程模型（DEM）在很多地形应用,如三维地形图绘制、区域建设、环境保护和灾害预防方面起着越来越重要的作用。长期以来DEM的获取依赖于人工或光学方法进行测量,但这受到测绘区域、测绘时间和天气状况等诸多因素的制约。合成孔径雷达（SAR）的出现极大地帮助解决了上述的制约问题。通过合成孔径雷达会获取SAR图像进行干涉测量可以较为方便地得到待测场景的高程信息,特别是聚束SAR模式（spotlight SAR mode）解决了传统条带模式下低分辨率的问题。然而,通过传统的干涉处理方法处理聚束SAR会带来方位向残余条纹和大量的相位无解区域影响DEM生成。针对传统的SAR干涉处理方法无法解决高分辨聚束模式下的DEM反演问题,就此提出了一种新的基于多普勒中心频率估计进行配准和联合相位解缠的星载高分辨聚束模式SAR数据干涉处理方法,通过新的处理方法对TerraSAR-X高分辨聚束模式的数据进行处理,详细阐述了从数据配准到地理编码的各个处理环节,并将处理结果与传统处理方法的结果进行比较,显示出了较好的DEM反演结果。     

改善机载雷达方位聚焦的成像处理试验研究

雷达（SAR）信号相位的稳定性对于成像处理后图像的方位向分辨率的高低有至关重要的影响．由于飞行平台运动误差或湍流大气中微波传播的影响会直接导致信号相位的波动,机载SAR的方位聚焦一直是SAR成像研究中的重要内容．这里介绍一种基于相位梯度自动聚焦矫正信号相位的高分辨率机载SAR成像处理方法,利用这种方法,对真实的机载SAR信号实验数据进行成像处理．试验表明：在缺乏机载平台运动补偿系统提供飞机运动状况信息的情况下,该成像方法能够有效地估计和补偿相位误差,从而可获得方位向分辨率明显提高的机载SAR图像．     

一种完全数据驱动的高精度机载L-SAR成像处理方法

雷达机载平台运动误差严重影响成像质量．为了在缺乏高精度运动补偿系统下,实现完全数据驱动的L波段合成孔径雷达（L—SAR）高精度数字重聚焦成像,进行了基于相位梯度自动聚焦的高分辨率机载L-SAR成像处理方法试验．整个方法可分为以下步骤：SAR复图像生成;最强点目标的中心循环移位;加窗;方位向的快速傅里叶变换;相位误差估计;相位矫正;傅里叶逆变换返回复图像域．机载L-SAR信号数据成像处理试验表明：该重聚焦成像方法无须机载平台运动补偿系统提供飞机的运动信息,能够有效地估计和补偿相位误差．相位误差补偿后,信噪比显著改善,可获得方位向分辨率明显提高的机载L—SAR图像,是一种可以满足仅靠数据驱动实现高精度机载L—SAR成像处理的有效方法．     

基于墨西哥帽小波变换的机载SAR海面风场反演

针对从机载SAR探测图像中反演风向中如何提取图像中的风条纹信息的问题,给出基于墨西哥帽小波的风条纹信息提取方法,结合二维快速Fourier变换反演海面风向.以中国南海海域一组机载SAR实测数据为例,采用该方法反演风向,并运用CMOD4、CMOD-IFR2和CMOD5模式反演风速,验证海面风场反演方法特性.结果表明,墨西...     

双向卡尔曼滤波器在机载SAR运动补偿中的应用

运动补偿系统设计是机载SAR实现高分辨率的一项关键技术,DGPS/IMU组合导航系统已成为当前高分辨率机载SAR基于传感器的运动补偿技术的发展趋势之一.将一种双向卡尔曼平滑滤波算法应用于DGPS/IMU组合导航系统中,实验表明与多传感器组合导航系统数据处理中最常用的算法工具--卡尔曼滤波器相比,该算法可以为机载SAR提供更高精度的运动补偿信息.     

提高沿航向干涉法性能的最小二乘图像对补偿方法

沿航向干涉法是对合成孔径雷达（SAR）功能的一种扩展,通过对两幅SAR复图像（称为图像对）进行比较可以对洋流进行测速、对动目标进行检测．在陆地图像中,动目标常和静止地物混在一起,难以自动检测,通常要依靠两幅复图像相消来抑制静止场景的图像（称做杂波）,提高信号和杂波的功率比．文中分析了SAR图像对存在的4种基本形式的误差,提出了不同类型的误差应该在不同的域进行补偿的观点和一种基于最小二乘的二维相位补偿算法,并给出SAR图像补偿的方法流程．由于对每一种误差都在恰当的域进行补偿,该方法可以明显提高系统对杂波的抑制能力,获得更高的信杂比,从而提高对运动目标的检测性能．机载雷达实测数据处理的结果证实了该方法的有效性．     

SINS/GPS组合导航的机载SAR姿态算法

针对SINS/GPS组合导航定位系统中高分辨率机载SAR运动补偿问题,通过建立SINS/GPS组合导航定位系统误差模型开展机载SAR运动过程中姿态解算,根据SINS中姿态四元数微分方程特点,利用二次Padé逼近法构造一种四元数范数规范化计算公式,使四元数迭代计算过程中具备保范性,利用5阶CKF算法构建SINS/GPS组合导航定位系统的误差模型算法.仿真结果表明,与传统UKF、CKF模型算法相比,该算法收敛速度快,滤波精度高且计算量小,满足机载高分辨率SAR的姿态估算要求.     

机载合成孔径雷达运动补偿分析及实现

根据机载合成孔径雷达(SAR)运动补偿的特点，分析影响基于惯性导航系统运动补偿效果的主要因素，论述并实现相位梯度自聚焦算法(PGA)．采用惯导补偿和自聚焦算法相结合的补偿手段，先利用惯导数据做粗补偿，补偿高频运动误差；再利用自聚焦算法进行精补偿，补偿剩余的低频运动误差．自聚焦算法采用可补偿任意阶相位误差的PGA算法．对SAR图像用PGA算法进行了自聚焦处理，试验结果验证了算法的有效性．     

基于自聚焦BP的圆周SAR运动补偿方法简

圆周SAR由于平台运动轨迹的复杂性,导致沿航迹向和切航迹向回波信号存在严重耦合,因此成像处理运动补偿问题尤为复杂。本文针对圆周SAR成像运动补偿问题,首先分析运动误差对成像质量的影响;然后利用自聚焦BP算法对运动误差进行补偿,并与传统BP算法性能进行对比,验证了自聚焦BP算法对圆周SAR运动补偿的有效性;最后利用自回归思想将自聚焦BP算法进行改进并扩展到圆周SAR三维成像中,通过仿真实验,对比传统BP算法结果,验证了该算法在三维成像中的优势。     

基于自聚焦BP的圆周SAR运动补偿方法

圆周SAR由于平台运动轨迹的复杂性,导致沿航迹向和切航迹向回波信号存在严重耦合,因此成像处理运动补偿问题尤为复杂。本文针对圆周SAR成像运动补偿问题,首先分析运动误差对成像质量的影响;然后利用自聚焦BP算法对运动误差进行补偿,并与传统BP算法性能进行对比,验证了自聚焦BP算法对圆周SAR运动补偿的有效性;最后利用自回归思想将自聚焦BP算法进行改进并扩展到圆周SAR三维成像中,通过仿真实验,对比传统BP算法结果,验证了该算法在三维成像中的优势。     

改进的波数域算法处理带有运动误差的机载SAR数据

机载SAR的一个关键问题就是准确的运动补偿.如果载机满足理想的匀速直线运动,传统的波数域算法是一种理想的成像算法,尤其在处理高斜视角和大孔径的SAR数据时,但它在处理带有运动误差的机载SAR数据时有一定的局限性,研究了改进的波数域算法,使之能与两步运动补偿技术结合,从而极大地扩展了波数域算法的应用范围.给出了仿真与原始数据成像结果.     

GPS辅助的FMCW SAR成像运动补偿

针对小型无人机装载FMCW SAR脉内运动误差较大的情况,提出GPS数据辅助的SAR成像运动补偿方法。运用新的补偿函数对全成像场景分步骤补偿航迹法平面运动误差,采用非均匀的离散傅里叶变换校正航迹前向速度误差,从而正确补偿三维方向的运动误差,实现一定分辨力要求下的成像。仿真证明了方法有效性。     

高分辨率SAR遥感综合实验与应用示范年度报告

该报告介绍了2013年度该课题在机载极化干涉SAR系统构建、高分辨率SAR遥感综合实验、高分辨率SAR遥感应用示范软件开发等方面的研发进展。在机载极化干涉SAR系统构建方面,完成了X-波段干涉SAR传感器的研制,进行了SAR系统的实验室联调测试和机载校飞试验。先后在四川若尔盖实验区和大兴安岭根河实验区开展了高分辨率SAR遥感综合实验,共获取8 619.8km2,约28.5TB的机载X-波段双天线In SAR和P-波段极化SAR数据,完成了所获取SAR数据的预处理;获取了覆盖大兴安岭根河实验区的多时相Radarsat-2极化SAR和Landsat-8多光谱卫星遥感数据;组织来自项目8家课题承担/协作单位的50多人次,参加了遥感同步、准同步调查工作,获取了森林叶面积指数(LAI)、农田植被参数、土壤参数、气象参数以及土地覆盖类别等的地面实况数据。在高分辨率SAR软件开发方面,已初步完成地形测绘、土地利用分类、植被覆盖类型分类和森林植被垂直结构参数估测等软件模块原型的开发,正在按统一的语言和标准进行完善和集成,以尽快形成界面友好的高分辨率SAR应用示范软件,为2014年的应用示范工作开展提供软件支撑。     

一种新的InSAR干涉纹图的滤波方法

在干涉处理时做了多视处理,干涉相位图中噪声依然比较严重。噪声影响着干涉SAR的图像质量,使得相位解缠无法进行或者使生成的DEM精度降低。为了获得高质量的干涉SAR图像,必须对噪声进行有效抑制,同时应该保持干涉SAR图像的分辨率。文中探讨了干涉合成孔径雷达(InSAR)中干涉相位图的噪声抑制方法,提出了基于非线性偏微分方程的干涉纹图的滤波方法。该方法的优点是在消除噪声的同时,有效地保留干涉条纹的边缘信息。文中采用了加拿大RadarSat1数据,实验处理结果验证了方法的有效性。     

地球同步轨道合成孔径雷达干涉测量模型

针对现有文献采用地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)测量地形高度和地貌形变时误差较大的问题,提出了一种新的GEOSAR干涉测量模型。在考虑地球曲面、斜距、基线、平台高度、干涉相位和数字高程模型(DEM)等因素的情况下,推导了干涉GEOSAR的绝对测高精度、相对测高精度与形变测量精度的数学模型,建立了一种既适用于高轨干涉SAR系统,也适用于低轨干涉SAR系统的干涉测量模型。根据该模型计算了GEOSAR测高误差和形变测量误差,并与实验仿真结果进行了比较,验证了该模型的有效性。研究结果表明,所提GEOSAR干涉测量模型与Bruno所提模型相比,适用范围更广,且误差精度提高至米量级。     

机载激光雷达测量技术及其在桂钦高速中的应用研究

针对环境较为恶劣、范围较广的测区条件下,传统测量手段效率低、自动化程度低、成本高的问题,以桂钦高速项目为例,提出了以机载激光雷达测量技术替代传统测量手段的方法,对其航线规划参数设置、点云数据采集及数据处理流程进行了较为系统全面的研究,并通过精度分析,验证了该方法满足1∶1 000比例尺DEM精度要求.     

基于极化干涉SAR的植被高度反演算法对比分析

极化干涉SAR综合了干涉SAR和极化SAR的优点,被广泛应用于植被高度的反演。对已有的四种基于极化干涉SAR的植被高度反演算法进行了论述,利用PoLSARpor进行仿真数据实验,对比分析了四种植被高度反演算法的优缺点及其适用范围。最后指出极化干涉SAR技术有待进一步研究的方向和问题。为选取基于极化干涉SAR的植被高度反演算法提供参考。     

基于TanDEM-X和ERS数据的InSAR提取DEM的实验研究

以天山地区为研究区域,利用干涉合成孔径雷达干涉测量技术(In SAR)分别对Tan DEM-X和ERS获取的数据进行干涉处理生成数字高程模型(DEM),结合SRTM DEM和我国1∶5万数字高程模型标准,对所获取的DEM的精度进行比较和分析.结果显示,由于实验区域地形复杂、高程变化剧烈且植被茂密,2组数据生成的DEM与SRTM DEM之间的整体差值偏大,标准差分别为11.55 m和16.74 m,但Tan DEM-X数据获取的DEM精度更高.结果表明,在地形复杂区域Tan DEM-X数据能够监测到C波段数据所不能监测到的细节,其生成DEM的结果较ERS数据具有明显优势.     

P波段极化干涉SAR树高反演算法研究

森林树高的反演是极化干涉合成孔径雷达(polarimetric SAR interferometry,PolInSAR)领域研究的热点,但针对P波段的研究较少。现在,反演树高的基本算法有:DEM差值法,相干幅度法,相位差与Sinc法和三阶段算法。本文从P波段数据出发,对四种算法进行了树高反演实验,结果表明:DEM差值法反演结果最差,其结果严重地低估了树高;相干幅度法会高估树高;而相位差与Sinc法的相关性很低;三阶段算法的结果最好,但对树高仍有一定程度的高估。