干涉SAR多基线分析与设计

为对干涉合成孔径雷达(InSAR)进行优化设计以提高系统的测高精度,对干涉SAR多基线设计进行了分析和研究。用多基线最大似然相位估计方法,比较干涉相位误差最小和相位解缠稳健性最大两种准则,确定选择后者作为多基线系统的基线比例设计准则。给出了多基线长度优化设计方法:先设计多基线系统中的长基线,基于单基线对测高性能的传递模型,按测高精度要求反推长基线的长度范围;再以多基线相位解缠的稳健性最大化为准则进行基线比例寻优,获得短基线长度范围,解决长基线的相位解缠。给出了针对山区地形的一个多基线InSAR系统设计样例,结果表明:采用最大似然法,通过短基线辅助长基线相位解缠,获得了平滑的解缠相位和数字高程模型(DEM)重建结果。该信号处理方法具提高DEM产品精度的潜力。     

分布式InSAR卫星的天线相位中心研究

从天线相位中心的定义出发,针对分布式干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星基线获取过程中涉及到的“小型宽波束”全球导航卫星系统(GNSS)天线和“大型窄波束”SAR天线,首先,研究了两型天线的相位中心特性,之后,开展了天线相位中心对基线的影响分析,明确了分布式InSAR卫星相位中心的研究重点在于双星间天线相位中心准确度和稳定度的一致性控制;结合工程研制,最后,给出了两型天线相位中心不同的控制措施。文章的研究工作对分布式InSAR卫星系统的研制具有借鉴意义。     

多基线干涉SAR的相位估计

利用多基线干涉SAR能够获得优于单基线干涉SAR的地形高程图。提出一种多基线干涉SAR的 相位估计方法。该方法首先对不同长短的基线对应的两幅复图像进行单基线干涉,得到条纹 疏密程度不同的单基线干涉相位图;然后根据短基线和长基线的关系,估计出长基线对应的 干涉相位被2π模糊的倍数;最后根据长基线对应的干涉相位的主值和估计出来的模糊 倍数恢复出长基线对应的干涉相位。分析了长短基线对应的干涉相位之间的关系,以及对应 的干涉相位主值之间的关系;论证了去平地前后该方法的适用性;给出了多基线干涉相位估 计方法的实现过程,并用计算机进行仿真,结果验证了该方法简单易行并且有效。
     

同时地形高程测量和地面运动目标检测的分布式InSAR最优编队构形

分布式小卫星干涉SAR为了同时获得时间基线(用于地面运动目标检测)和空间基线(用于地形高程测量),采取空间立体编队构形(即非沿航向直线编队),然而这种混合基线的情况会导致地面运动目标与地形杂波存在相位耦合,而且只靠信号处理方法很难分离,这对于检测地面运动目标极为不利。提出几种最优编队构形,在保证获得两种干涉基线的同时,通过对消两对干涉SAR图像来抑制掉固定杂波,从而可以检测地面运动目标,这种方法具有处理简单和性能较好等优点。最后给出了仿真结果。     

基于去相干敏感因子的多基线PolInSAR植被高度反演方法

极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)技术通过建立相关质量评价指标筛选最优干涉几何，从而实现多基线植被高度反演。但目前使用的相干性特性、测高精度等质量指标并未关联与干涉几何直接相关的垂直波数，容易降低干涉几何选取的稳健性。本文提出一种基于去相干敏感因子的多基线PolInSAR植被高度反演方法，利用敏感因子描述干涉几何与植被高度的匹配程度，从多个单基线固定消光方法中确定最佳植被高度反演结果。使用欧洲航天局AfriSAR 2016项目的P波段合成孔径雷达(SAR)数据进行实验验证。实验结果表明:以激光雷达(Light Detection and Ranging， LiDAR)获取的植被高度作为参考，本文多基线反演算法的均方根误差为6.19 m，比其他两种传统方法精度分别提高了约14.14%和13.55%。     

一种顺轨干涉SAR时变平地相位去除方法

顺轨干涉合成孔径雷达(ATI-SAR),可以利用2幅SAR图像的干涉相位信息实现对动目标的检测和径向速度的测量。在实际情况下,由于平台和天线相位中心的不稳定,干涉基线的倾角变化会导致时变的交轨基线分量,从而引入平地相位干扰运动目标的检测和测速,需要去除其影响。针对此问题,提出一种基于回波数据的时变平地相位去除方法。该方法通过最小二乘法估计出基线在平地相位中的影响系数,再反演出估计的平地相位值,从而在干涉相位中进行去平地相位,提升了运动目标的检测和测速性能。通过仿真实验验证了理论公式的正确性,并计算了误差。     

星载干涉成像高度计双频基线定标方法

在星载干涉成像高度计基线参数标定过程中,由于时间、传输路径的观测差异导致基线参数标定精度下降。为此,文章提出双频基线定标方法,基于双频同基线重叠观测区域数据实现基线状态标定性能的提升,有效降低干涉基线状态漂移造成的海面高程反演误差。在精确获取重叠区域海面高度条件下,利用在轨高精度基线测量和卫星姿态测量信息,联合高精度基线估计处理算法进行基线估计,将基线估计偏差的均方根降低至原来的1/4～1/5,可实现亚毫米、亚角秒的高精度基线估计精度,从而保证海面高度测量精度,为后续干涉成像高度计在轨定标方案的设计与基线高精度标定提供参考。     

基于双通道距离频率干涉相位解运动目标径向速度模糊方法

针对合成孔径雷达/地面动目标检测系统中动目标径向速度估计存在模糊的问题,提出一种基于双通道距离频率干涉相位解模糊的方法。该方法通过构造干涉相位与距离频率的关系,利用干涉相位随距离频率变化的斜率关系实现径向速度无模糊估计。该斜率与相位缠绕无关,所以所提方法具有不受相位缠绕影响的优点。为了减小噪声对径向速度估计的影响,利用最小二乘线性拟合方法估计该斜率。此方法能实现杂波背景和多目标情况下的应用。通过仿真和实测数据处理验证了所提方法的有效性。     

基于DEM和GMTI的收发同置分布式InSAR编队构型设计

针对多星收发同置分布式干涉合成孔径雷达(InSAR),建立了基线的空间几何模型,基于高程测量(DEM)和动目标检测(GMTI)任务设计卫星编队构型。给出了多星收发同置分布式InSAR的基线参数与构型参数的转换关系,在任务对基线的约束下,以小于某指标的测高和测速误差的轨道运行时间为优化目标,设计构型参数并仿真分析,获得了三种不同编队构型的基线稳定性和测量误差。     

一种基于扩展卡尔曼滤波和最小均方准则的无控制点InSAR基线估计方法

基线误差是影响干涉合成孔径雷达（InSAR）测量高精度的主要误差源之一。因此,在进行数字高程图（DEM）高程反演的过程中,需要进行高精度的基线估计来提高DEM数据的精度。文章详细推导了InSAR系统的各项误差与测高精度的关系,得到了误差传播公式;然后提出了一种在扩展Kalman滤波的基础上,使用LMS最小均方误差准则的无控制点基线估计方法。该方法解决了在地面控制点获取困难的条件下,飞行平台与地面之间的相对高度未知的问题。最后,通过仿真实验验证了该方法的有效性：在相位误差、斜距误差、基线长度误差和倾角误差共同作用下,基线定标精度可达到0.1mm,满足0.5m相对高程精度对于基线估计的要求。     

一种新的非线性干涉SAR噪声抑制方法

现有的常用于干涉SAR相位图噪声抑制的非线性滤波法主要有模糊中值滤波和模数滤波，这两种方法都会引起比较大的图像边缘模糊，从而降低后续处理的精度。邻域平均法是一种非常经典的图像降噪方法，它具有较好的边缘保持特性。论文结合干涉SAR相位图的特性，改进了邻域平均法的邻域甲均值计算公式，有选择地利用邻域平均值代替当前像素点的值，提出了一种适用于干涉SAR相位图降噪的新的非线性滤波方法一条件邻域平均法，它具有更好的边缘保持特性。在理论分析和比较条件邻域平均法与模糊中值滤波和模数滤波方法的基础上，采用ERS1／2干涉SAR数据对论文提出的方法和所作的分析进行了验证。     

基于ATI技术和象素匹配的星载SAR/GMTI实现方法

与机载合成孔径雷达相比,星载合成孔径雷达由于其复杂的空间几何关系、地球自转及地球曲率等因素的影响,使得星载SAR／GMTI的实现更为复杂。提出了当不满足相位偏置中心天线(DPCA)中脉冲重复频率和天线水平基线间的严格约束条件时,通过象素匹配法和星载SAR沿航迹向干涉(ATI)技术实现星载合成孔径雷达(SAR)动目标检测、测速及定位的一种方法。该方法采用沿航迹向线性排列的双孔径天线星载SAR结构,首先建立了星载SAR双孔径天线空间几何模型并详细分析了星载SAR双孔径天线机理及信号特性,然后利用常规方法成像的双天线SAR图像,分析并推导了基于ATI技术和象素匹配实现对地面背景杂波淹没的运动目标检测、径向速度分量估计以及目标定位的方法。最后,通过计算机仿真验证了其有效性。     

Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计及测量精度分析

为解决传统干涉合成孔径雷达(SAR)系统只能顺轨干涉或交轨干涉,无法兼顾高精度高程测量和速度测量的问题,开展了Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计与干涉测量精度分析。基于Ka波段电磁波波长短、干涉相位敏感度好的特点,利用较短的干涉基线在同一干涉SAR系统中实现高精度干涉测高与测速,并介绍了所设计的Ka波段机载双模式干涉SAR验证系统。仿真结果表明:该系统具备高效率、高精度干涉测量能力,可获得亚米级的绝对测高精度和0.1 m/s的测速精度。     

射频干扰对InSAR干涉处理的影响分析

窄带干扰是低频段InSAR系统面临的主要射频干扰之一,它的存在会对干涉相位产生严重影响,进而导致高程反演误差。本文推导了窄带干扰影响下的InSAR干涉相位的解析表达式,给出了干涉相位对窄带干扰各参数的敏感度方程,仿真分析了窄带干扰对P波段InSAR系统干涉处理的影响。结果表明,窄带干扰经过成像后其幅度调制函数近似为方位时间的sinc函数,在SAR图像中表现为沿距离向的干扰条带。干涉相位对窄带干扰信号的功率较敏感,对其频率较不敏感,干涉相位和高程反演误差随着干信比的增加而增加。     

一种基于遗传算法的最小熵自聚焦方法

自聚焦算法是获得高质量合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)图像的重要步骤.针对复杂成像场景和复杂运动误差SAR自聚焦问题,提出一种基于遗传算法的最小熵自聚焦方法.方法 通过高阶多项式函数拟合相位误差,以图像熵为代价函数,利用遗传算法最小化代价函数进而估计出相位误差,尤其适合于成像场景没...     

SAR图像目标峰值特征提取与方位角估计方法研究

目标峰值特征是SAR图像目标识别的重要特征之一。峰值特征提取是SAR图像目标识别的一个重要步骤，为了由SAR图像快速、精确地提取目标峰值特征．本文首先研究了SAR图像目标峰值特征提取方法，提出了一种“子像素”级精度的SAR图像目标峰值特征提取方法．并通过仿真实验分析了峰值位置、峰值幅度的估计精度。由于目标SAR图像或SAR图像特征矢量对目标方位角变化的敏感性，因此，为了提高SAR图像目标识别系统的分类效率，本文还研究了SAR图像目标方位角估计方法，提出了一种利用峰值特征基于线性回归的sAR目标方位角估计方法，和现有方法相比，该方法除了计算速度快，估计精度较高之外，还能在估计方位角的同时，给出该估计的置信区间，从而更好的满足SAR ATR的实际需要。文中通过对大量实测MSTAR SAR图像目标方位角的估计实验，验证了本文目标峰值特征提取及方位角估计方法的有效性。     

基于主星带伴随小卫星编队系统的AT-INSAR研究

针对主星带伴随小卫星编队雷达系统的特点和AT INSAR的基本原理,本文对主星带伴随小卫星编队雷达系统执行AT INSAR任务进行了比较全面的分析。本文建立了主星带伴随小卫星编队雷达系统AT INSAR模型。基于这个模型分析了临界基线、测速精度,以及动目标检测等性能。最后,对一个L波段的主星带伴随小卫星编队系统完成AT INSAR任务进行了仿真。结果表明,测速精度对于编队小卫星的基线测量精度要求相对较高,而且检测地面慢速运动目标是可行的。     

参照失效物理分析的永久散射体提取过程

在雷达干涉测量中,永久散射体(PS)是一类不受时间、空间基线和大气延迟影响的目标,如何从SAR图像中自动识别出有效的永久散射体是PS干涉系统中关键的环节之一。文章从不确定性量化理论的角度考虑失效物理分析问题,利用失效物理分析方法研究PS影像特征与环境的关系,对多幅SAR图像进行独立分量分析(ICA)和小波包分解,然后考虑永久散射体的高信噪比特性,依据图像能量最大的原则获取分离后的稳定成分,并进行分割处理得到PS点的分布图。实验表明,该方法能够有效识别出可靠的PS点。     

分布式SAR时间同步误差的影响分析与试验验证

时间同步是空间同步和相位同步的工作前提,是实现星载分布式SAR干涉测量的核心问题.基于多项式时间同步误差模型,给出了含时间同步误差的数字回波信号仿真模型.采用理论分析与全数字仿真试验相结合的方式分析了时间同步误差对于涉测绘带损失、双站SAR成像以及干涉测高精度的影响.基于包含SAR载荷和时间同步样机等实物在内的半实物仿真系统,提出了采用不同设备连接方案的误差隔离和溯源试验评估方法,通过试验结果对比分析得到时间同步误差对干涉测高的准确影响结果.最后综合得到对时间同步分系统的输入输出指标要求.本文工作对时间同步的工程实现提供有力支撑.