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多基线insar技术的震区DEM提取及精度分析

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传感技术学报 2023年第7期36卷 1108-1115页

作者：刘忠黄长军曹元志湖南省遥感地质调查监测所湖南长沙410000 湖南城市学院市政与测绘工程学院湖南益阳413000

针对汶川特大地震发生后的震区地形严重破坏,原有的地形图及DEM数据不再具有时效性,不能准确地描述地质特征,亟待更新重建。收集了2007年8月至2010年7月的20景Envisat ASAR影像数据,采用多基线insar技术对研究区域DEM进行提取,并对生成... 详细信息

针对汶川特大地震发生后的震区地形严重破坏,原有的地形图及DEM数据不再具有时效性,不能准确地描述地质特征,亟待更新重建。收集了2007年8月至2010年7月的20景Envisat ASAR影像数据,采用多基线insar技术对研究区域DEM进行提取,并对生成的ASAR DEM与ASTER GDEM和SRTM DEM进行了比较分析。实验结果表明,由于时效性原因,ASTER GDEM和SRTM DEM不能较好反映震后地面高程变化情况;所提取的ASAR DEM能有效弥补震后灾区DEM不足,在一些植被较少和地质稳定区域,ASAR DEM有着较高的精度,多基线insar技术提取方法为震后形变区域DEM提取提供了一个很好的途径。

关键词：多基线insar 震区 DEM ENVISAT ASAR

基于聚类分析的多基线insar相位解缠算法研究

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基于聚类分析的多基线InSAR相位解缠算法研究

作者：陈天骄长沙理工大学

学位级别：硕士

干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,insar)能够获取目标高程信息,具有全天时、全天候特点。其中相位解缠(Phase Unwrapping,PU)技术起重要作用。最初运用单基线相位解缠(Single-baseline Phase Unwrapping,SBPU)技术来恢复高程。为保证解的唯一性,SBPU必须满足相位连续性假设,但并非实际情况都满足这一假设。为克服这一缺点,研究者提出了多基线相位解缠技术(Multibaseline Phase Unwrapping,MBPU)。本文对基于聚类分析的多基线insar相位解缠算法进行研究,主要工作包括:(1)提出了基于聚类分析的多基线相位解缠算法的类校正方法。第一种方法直接根据最大似然准则将选定窗口内出现次数最多的类号作为窗口中心像素的最终类号;第二种方法首先根据密度的大小将所有像素分为核心像素与非核心像素,然后根据最大似然准则将非核心像素的类号更改为选定窗口内出现次数最多的类号。当干涉图的尺度较小,噪声较严重时,应采用逐像素类校正方法。在干涉图规模较大、噪声较低的情况下,应采用非核心像素类校正方法,来提高算法的计算效率和解缠精度。(2)提出了用于聚类分析的多基线insar相位解缠算法的BM3D去噪方法。将BM3D滤波技术分别应用到聚类的四个环节:一是对干涉图滤波;二是对截距滤波;三是对聚类后获取的类号滤波;四是对解缠相位滤波。与传统的基于聚类分析的多基线相位解缠方法相比,加入BM3D后的优势在于可以大大提高聚类算法的聚类精度和鲁棒性。本文提出的五种滤波策略,即对干涉图滤波、对截距滤波、对聚类后获取的类号滤波、对解缠相位滤波、对所有对象均进行滤波都可以提高相位解缠精度。与只滤波一部分相比,对所有对象均进行滤波的效果最好;就效率而言,对所有对象均进行滤波的效率最低。当只滤波一步时,在类号和解缠相位上的滤波效果强于在干涉图和截距上的滤波效果。如上所述,本文在提高基于聚类分析的多基线insar相位解缠算法精度方面的研究取得了一定的成果。在基于聚类分析的多基线相位解缠方面,提出了两种提升相位解缠精度的方法。一是类校正方法,将错误的聚类结果修改成正确的聚类结果;二是滤波方法,将BM3D滤波技术应用到聚类分析中。两种思路均进一步提升解缠精度。

关键词：干涉合成孔径雷达多基线insar 相位解缠聚类分析类校正 BM3D

森林地上生物量的多基线insar层析估测方法

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林业科学 2017年第11期53卷 85-93页

作者：李兰陈尔学李增元任冲赵磊谷鑫志中国林业科学研究院资源信息研究所国家林业局遥感与信息技术重点开放性实验室北京100091

【目的】发展一种森林地上生物量(AGB)的多基线干涉合成孔径雷达(insar)层析估测方法,解决热带雨林森林AGB遥感估测常规方法的信号"饱和"问题,为区域及全球森林生物量估测和碳储量研究提供关键技术支撑。【方法】以法属圭亚那巴拉库(Par... 详细信息

【目的】发展一种森林地上生物量(AGB)的多基线干涉合成孔径雷达(insar)层析估测方法,解决热带雨林森林AGB遥感估测常规方法的信号"饱和"问题,为区域及全球森林生物量估测和碳储量研究提供关键技术支撑。【方法】以法属圭亚那巴拉库(Paracou)热带雨林为研究对象,以Tropi SAR 2009 P-波段多基线机载SAR数据和85块样地调查数据为主要数据源。首先,根据HH极化层析相对反射率的三维分布信息提取林下地表高度,对HV极化多基线insar数据进行地形相位去除;然后,对HV极化多基线insar数据进行三维成像,并对其进行地理编码,得到地理坐标空间层析相对反射率的三维分布信息;最后,利用样地调查数据,分析不同高度处层析相对反射率与森林AGB的相关性,进而建立以层析相对反射率为输入特征的森林AGB估测模型,同时采用留一交叉验证法(LOOCV)对其估测模型进行精度评价。【结果】20 m以下各高度处层析相对反射率与森林AGB呈不同程度的负相关关系,以5 m高度处层析相对反射率与森林AGB的负相关性最强(相关系数达到-0.58);20 m以上各高度处层析相对反射率与森林AGB呈不同程度的正相关关系,以25 m高度处层析相对反射率与森林AGB的正相关性最强(相关系数达到0.63)。采用5 m高度处层析相对反射率构建模型的估测精度为88.44%,均方根误差为49.85 t·hm-2(相对均方根误差为13.56%);采用25 m高度处层析相对反射率构建模型的估测精度为88.82%,均方根误差为47.30 t·hm-2(相对均方根误差为12.87%);同时采用5 m和25 m高度处层析相对反射率联合构建模型的估测结果最优,估测精度为89.17%,均方根误差为46.45 t·hm-2(相对均方根误差为12.63%)。【结论】通过多基线insar层析技术得到的层析相对反射率信息有效解决了热带雨林森林AGB遥感估测常规方法的信号"饱和"问题。采用5 m和25 m高度处层析相对反射率可反演得到高精度的森林AGB,表明多基线insar层析技术得到的特定高度处层析相对反射率对热带雨林森林AGB具有良好的指示作用;同时利用5 m和25 m高度处层析相对反射率进行联合估测可进一步提高森林AGB的估测精度,说明充分利用不同层次的森林垂直结构信息可进一步提高复杂森林空间结构条件下的森林AGB估测精度。

关键词：多基线insar 层析技术森林垂直结构森林地上生物量热带雨林

自适应图像配准多基线insar干涉相位展开方法

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电波科学学报 2008年第5期23卷 877-882,898页

作者：毛志杰廖桂生李海西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室陕西西安710071 西安通信学院陕西西安710106

提出一种基于自适应图像配准的多基线insar干涉相位展开方法。该方法通过构造联合加权数据矢量,充分利用相邻像素的相干信息,并且由干涉相位构造的信号子空间向噪声子空间投影来估计绝对干涉相位(即进行相位展开),能够同时完成图像配准... 详细信息

提出一种基于自适应图像配准的多基线insar干涉相位展开方法。该方法通过构造联合加权数据矢量,充分利用相邻像素的相干信息,并且由干涉相位构造的信号子空间向噪声子空间投影来估计绝对干涉相位(即进行相位展开),能够同时完成图像配准、相位噪声滤波和相位展开处理,因此在SAR图像配准误差较大(可以允许达到一个分辨单元)的情况下,能够得到稳健的干涉相位展开结果。仿真结果证明了该方法的有效性。

关键词：加权联合数据矢量干涉相位展开多基线insar 数字高程图自适应图像配准

采用酉ESPRIT算法处理多基线insar层叠效应

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电子与信息学报 2008年第7期30卷 1731-1735页

作者：柳祥乐宋岳鹏杨汝良中国科学院电子学研究所北京100080

"层叠效应"(Layover)是SAR成像技术的一个难点,本文在多基线insar的框架下,将谐波恢复与信号重构的酉ESPRIT算法应用于解决层叠效应问题。文中建立了存在层叠效应的多基线insar的数据模型,指出经典算法在估计精度与视数之间的矛盾,阐明... 详细信息

"层叠效应"(Layover)是SAR成像技术的一个难点,本文在多基线insar的框架下,将谐波恢复与信号重构的酉ESPRIT算法应用于解决层叠效应问题。文中建立了存在层叠效应的多基线insar的数据模型,指出经典算法在估计精度与视数之间的矛盾,阐明了酉ESPRIT算法的基本原理与优点。进行了仿真实验,实验结果表明在视数较少时,酉ESPRIT算法具有很好的性能。

关键词：多基线insar 层叠效应酉ESPRIT

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多基线insar数据处理技术及应用研究

多基线InSAR数据处理技术及应用研究

作者：郭立文电子科技大学

学位级别：硕士

多基线合成孔径雷达干涉测量(insar)技术是insar发展的一个重要趋势,其核心内容就是融合多个通道的数据进行成像干涉处理以降低数据处理难度,提高数字高程模型(DEM)获取精度。本文就多基线insar数据处理技术展开研究,具体研究内容及创... 详细信息

多基线合成孔径雷达干涉测量(insar)技术是insar发展的一个重要趋势,其核心内容就是融合多个通道的数据进行成像干涉处理以降低数据处理难度,提高数字高程模型(DEM)获取精度。本文就多基线insar数据处理技术展开研究,具体研究内容及创新如下:(1)首先研究了多基线最大似然相位解缠算法。通过对单点干涉相位似然函数到多点联合似然函数的分析,介绍了该算法解缠原理,分析了误差来源,总结了该算法特点及适用条件。仿真实验表明该算法具有处理复杂地形的能力但对噪声较为敏感。其次研究了多基线图割相位解缠算法。从模型的建立、能量函数的确定到图割理论的引入分析其解缠原理。通过与单基线图割法和多基线最大似然法的对比仿真实验,指出该算法在高陡变大噪声下具有更高的解缠精度和抗噪性能。(2)提出了一种基于脉冲噪点检测的解缠误差补偿方法。针对上述两算法的解缠误差具有类似脉冲噪声的特性,通过检测初始解缠相位的误差点,用相邻几个像素的中值替换该误差点进行补偿。仿真实验表明该方法原理简单,计算快速,效果显著。(3)提出了一种改进的多基线最小二乘解缠方法。首先研究了多基线最小二乘解缠算法原理,指出其仍然有最小二乘类算法过于平滑和误差较大的固有缺陷。其次推导了解缠误差的求解公式,由此指出通过对误差主值的相位解缠求解误差真实值并加入初始解缠相位进行补偿的技术,阐明采用FFT最小二乘法进行迭代补偿可收敛和提高解缠精度的原因。最后将该补偿技术运用于多基线最小二乘算法中。仿真实验分析表明,该方法充分利用基于FFT最小二乘计算快速性,对解缠误差进行迭代补偿,显著提高多基线最小二乘法的解缠精度,克服原算法的不足。(4)研究了基于MATLAB集群环境的分布式并行处理技术,实现了多基线最大似然相位解缠算法的快速高效的并行处理。采用某机载三基线实测干数据检验了本文研究和改进的多基线相位解缠算法的可行性。结果表明,最大似然法抗噪性差,且受基线长度与干涉相位比值变化影响较大,故效果较差,实用性受质疑;多基线图割法的解缠结果局部细节较清晰,抗噪性好,效果较好。多基线最小二乘法过于平滑,整体偏差较大,局部信息不突出;改进多基线最小二乘一定程度减少解缠误差和平滑作用,提高解缠精度。

关键词：多基线insar 相位解缠误差补偿图割最小二乘

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多基线insar信号处理中优化阵列的应用

信号处理 2002年第5期18卷 410-413页

作者：徐江唐劲松张春华周良柱中科院声学所十四室北京100080 国防科技大学电子科学与工程学院长沙410072

多基线干涉合成孔径雷达（Multi-Baseline　interferometric　SAR）是传统单基线insar的扩展,能够得到高分辨的高度地形图。但同时传感器的增加使得硬件开销大大增加。本文研究了优化阵列在多基线insar信号处理中的应用。在仿真实验中,... 详细信息

多基线干涉合成孔径雷达（Multi-Baseline　interferometric　SAR）是传统单基线insar的扩展,能够得到高分辨的高度地形图。但同时传感器的增加使得硬件开销大大增加。本文研究了优化阵列在多基线insar信号处理中的应用。在仿真实验中,通过与相同阵元个数的均匀阵列和传统单基线insar相比优化阵列显著提高了高度分辨率;同时,若要达到相同分辨率,则阵列优化可大大减少阵元个数,从而减少了硬件开销。

关键词：多基线insar 信号处理多基线干涉合成孔径合成阵列最小冗余阵列无冗余阵列

多基线insar获取DEM数据的关键问题研究

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多基线InSAR获取DEM数据的关键问题研究

作者：杨敏燕山大学

学位级别：硕士

随着新时期军队的数字化,具有快速、高精度、高稳健性等突出优势获取DEM数据的多基线insar技术,已经成为获取虚拟战场地表信息最具潜力的观测新技术之一。但目前国内外多基线insar技术获取DEM数据的精度还不尽如人意。本文以提高insar获... 详细信息

随着新时期军队的数字化,具有快速、高精度、高稳健性等突出优势获取DEM数据的多基线insar技术,已经成为获取虚拟战场地表信息最具潜力的观测新技术之一。但目前国内外多基线insar技术获取DEM数据的精度还不尽如人意。本文以提高insar获取DEM处理技术的精度为目标,重点对多基线insar相位解缠、高程转换等核心问题进行了初探。首先,在对比多基线相位解缠算法的基础之上,针对实际噪声不符合正态分布的特点,采用加权联合数据矢量作为信号模型,利用构造的噪声协方差矩阵的方法在相位解缠的同时尽量降低噪声。其次,针对不同像素点噪声不均衡的问题,采用构造误差矩阵并计算误差矩阵范数的方法判别迭代次数,作为控制不同像素点噪声的剔除力度的标准。然后,在经典多基线获取DEM算法比较和分析的基础之上,针对获得的部分高程数据精确度和连续性低的问题,先对高程数据的质量加以判断,然后采用联合高程数据的测高方法获取高程数据。最后,利用MATLAB R2007作为工具,设计了一种多基线insar获取DEM系统,实现了自适应协方差矩阵算法及联合高程数据算法,并对多种相位解缠算法以及DEM获取算法的精度等方面进行了对比和分析。

关键词：干涉合成孔径雷达多基线insar 相位解缠协方差矩阵数字高程模型

一种高分辨率多基线insar三维层析成像方法

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现代雷达 2014年第2期36卷 23-28页

作者：柳祥乐何向成杨汝良湖北汽车工业学院电子信息系湖北十堰442002 中国航天二院第二十五研究所北京100854 中国科学院电子学研究所北京100190

多基线insar(Muti-baseline insar)可以进行三维层析成像,用于地面遥感与地下地质情况分析。受限于实际系统,多基线insar的基线数目非常少,使用传统方法成像时分辨率很低。为提高高度维分辨率,文中建立了多基线insar成像的阵列信号处理... 详细信息

多基线insar(Muti-baseline insar)可以进行三维层析成像,用于地面遥感与地下地质情况分析。受限于实际系统,多基线insar的基线数目非常少,使用传统方法成像时分辨率很低。为提高高度维分辨率,文中建立了多基线insar成像的阵列信号处理模型,将阵列信号处理中的MUSIC算法应用到多基线insar的高度维成像中,进行数字仿真实验,仿真结果表明,文中的方案能提高多基线insar高度维的分辨率,获得较低的旁瓣。

关键词：多基线insar 三维层析成像波达方向(DOA)估计