兼顾内陆水体水位时空变化特性的合成孔径雷达波形重跟踪算法

作     者：高贤文 金涛勇 李建成 GAO Xianwen;JIN Taoyong;LI Jiancheng

作者机构：武汉大学测绘学院湖北武汉430079 湖北珞珈实验室湖北武汉430079 

出 版 物：《测绘学报》 (Acta Geodaetica et Cartographica Sinica)

年 卷 期：2024年第53卷第2期

页      面：217-230页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081601[工学-大地测量学与测量工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(42192531,41974020) 湖北省自然科学基金杰出青年项目(2022CFA090) 湖北珞珈实验室专项基金(220100001) 

主　　题：波形重跟踪 内陆水位 SAR 水文站 卫星测高 

摘      要：合成孔径雷达(SAR)测高技术已被广泛运用于内陆水位监测中,但内陆水域回波复杂,需要波形重跟踪精化才能获取有效水位。内陆水域SAR高度计回波通常包含多个子波形,重跟踪的主要思路是寻找最优子波形,在特定条件下可以获得较合理水位,但在复杂水域或小水体中容易出现最优子波形筛选错误导致水位异常。传统最优子波形筛选主要是基于沿轨或外部数据约束下进行,而本文提出一种不使用外部数据、兼顾了内陆水体水位时间变化连续且空间变化平稳特性的重跟踪算法SaTCoM,首先对波形进行插值平滑,有效提高子波形识别准确度;然后对所有周期沿轨子波形水位集合进行时间向滤波得到参考水位序列;最后将沿轨子波形水位划分为若干区间并将子波形水位“放入最近区间,在参考水位波动约束下,根据表征沿轨水位空间稳态特性的指标函数,选择最优水位区间子波形水位计算最终水位。选择我国区域68个大中小型水体的水文站实测数据作为验证,对其附近的哨兵-3A/3B/6A卫星SAR回波数据,分别使用SaTCoM算法、OCOG、ICE1、阈值法和MWaPP+算法重跟踪后进行了比较。结果表明,SaTCoM算法所得内陆水体水位与实测数据不符值RMSE为0.34 m,相对RMSE为7.8%,相关性为0.95,在大部分内陆水体中均表现优异,较其他算法有很大优势,在中小水体中尤为明显,同时分析表明时空约束下的SaTCoM算法仍可以有效捕捉水体水位的快速变化。由此表明,本文算法SaTCoM可较好地解决小水体有效水位获取的困难,能够较大地拓展内陆测高数据的应用。