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。     

基于连接点的机载双天线InSAR系统相位偏置估计算法

针对在茂密森林或沙漠地区部署地面控制点(GCP)对其进行测量非常困难的问题,提出了一种基于连接点的机载双天线InSAR系统相位偏置估计新算法。基于InSAR原理建立地面高程反演的几何表达式,并根据重叠区域里的连接点高程在两次干涉测高过程中不变的特性建立相位偏置间的线性关系,在用最小二乘法求解相位偏置时,通过对不同的连接点进行加权,使估计出的相位偏置更加准确。对X波段机载双天线InSAR系统获得的实际数据进行处理,结果表明:与传统的算法相比,该算法无需GCP,具有更低的成本和更高的效率,且产生的数字高程模型(DEM)具有相似的精度。     

InSAR图像配准雷达几何法处理性能分析

图像配准是干涉合成孔径雷达(InSAR)信号处理的关键步骤。基于雷达几何的InSAR图像配准方法。利用主辅雷达成像几何和外部数字高程模型(DEM)进行主辅SAR图像配准。基于SAR图像距离多普勒定位方程,系统梳理了配准处理精度的影响因素,对各误差因素的作用机理进行了理论分析,并综合分析了该算法对重复航过和单次航过InSAR系统图像的配准处理性能。仿真结果验证了理论分析方法的有效性。分析结果对我国InSAR地面系统建设和相关卫星指标论证具有重要的支撑作用。     

复杂山区ASTER GDEM2高程精度验证

数字高程模型是地理信息的基础数据。为了完善先进星载热发射和反射辐射计全球数字高程模型第二版(GDEM2)在复杂山区地形条件下的精度验证,文章以重庆市石柱土家族自治县为研究区,利用1:1万数字高程模型(DEM)数据和全球定位系统实测控制点高程数据对GDEM2数据的高程精度进行了验证,然后分高程等级、坡度等级和土地利用类型对GDEM2的高程精度进行了分析。结果显示,研究区GDEM2高程的均方根误差分别为19.67m(与1:1万DEM相比)和9.83m(与GPS控制点相比);GDEM2与1:1万DEM相比,高程差绝对值的均值为15.2m,高程差绝对值小于20m的比例为73.1%;GDEM2高程精度随高程和坡度的增加而增大,林地的误差大于耕地和草地。研究结果表明,复杂山区GDEM2的总体精度低于官方发布精度,超过25%的区域的高程误差大于20m,因此,在复杂山区对于高程精度要求较高的应用宜采用更高精度的DEM数据。     

"高分三号"卫星图像干涉测量试验

由于自然或人工建造引起的形变可能引发灾难,对其进行形变量监测非常必要,合成孔径雷达(SAR)技术与传统监测技术相比,可以实现全天候对地观测,并监测地表的形变。"高分三号"(GF-3)卫星作为中国国首颗SAR卫星,是否具有干涉测量的能力以及精度尚待验证,为此文章利用GF-3卫星SAR数据对河南省登封市周边地区进行二轨差分干涉处理,获取了该地区的地表形变图。结果表明地表相对沉降量为±0.03m,验证了GF-3卫星作为SAR卫星具有了干涉测量(InSAR)的能力。针对GF-3卫星数据由于轨道误差引起的平行条纹导致相位解缠效果不好的问题,提出利用SRTM(Shuttle Radar Topograpty Mision)DEM高程作为所选样本点的高程,选取5个地面控制点,消除了由于轨道误差引起的平行条纹,提高了反演的形变量精度;GF-3卫星与技术成熟的"哨兵一号"卫星同一测区数据对比,形变信息大致相同。GF-3卫星作为一颗SAR新星具有干涉测量的能力,同时精度上也满足监测的需求。     

螺旋桨目标的雷达回波信号相位解缠技术

建立了螺旋桨的雷达回波信号模型。对模型回波信号的相位混叠效应进行了理论分析,讨论了回波相位混叠效应出现的原因,通过模型改进获得了螺旋桨的雷达回波相位的理论表达式。提出插值与可调门限相结合的算法和自适应数值积分算法两种相位解缠方法,分别用于桨叶数为偶数和奇数时的相位解缠。仿真结果表明:两种算法有较高的精度。     

基于数字检校场的“天绘一号”卫星在轨几何定标

为了提高"天绘一号"卫星在轨几何定标的效率和精度,文章提出一种利用数字检校场(数字正射影像和数字高程模型)、基于简化的卫星几何定位模型的在轨几何定标方法。该方法利用卫星影像与数字正射影像自动匹配得到同名点的平面位置、由数字高程模型获得高程位置,得到大量地面控制点,再基于简化内外方位元素误差补偿模型,利用多轨数据求解系统误差改正参数,实现了几何定标。精度检测表明,经过定标后,无控定位平面误差由初始约100m,提升至10.5m(一倍中误差);基于内方位定标结果,文章实现了基于虚拟线阵算法的高分影像子条带合成和多光谱配准,并实现了优于0.3像素的内部符合精度。     

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。     

星载激光测距仪全波形测距技术

激光全波形测距以宽带高灵敏探测技术高保真获取、记录激光探测主回波信号,进行全数字处理和子波分析,解析其时域、空域、频域信息,获取高精度距离、目标分布特征,是提高星载测距仪测距精度、能力、空间配准精度的重要手段。文章对比分析了全波形和阈值法2种激光测距的原理,总结全波形测距的优势,梳理了其技术难点,重点对全波形回波数据处理进行了研究,给出了数据处理算法,实现了复杂多峰回波波形的高斯分解,得到光斑区域内目标相对高程分布,仿真验证了算法的可行性,通过计算不同信噪比下的高程解算误差,得到了误差随信噪比的变化趋势。     

基于开源GIS数据的广域小重叠卫星影像定位模型精化

设计了一种适用于大区域、小重叠卫星影像有理多项式模型(RPC)定位精度优化的技术流程,基于开源数字正射影像(DOM)、数字高程模型(DEM)数据和RPC几何模型约束,通过优化尺度不变特征变换(SIFT)特征提取与匹配算法,实现了无像幅约束的控制点和连接点的快速稳健匹配,应用DEM支持下的RPC模型二维区域网方法实现了多景影像RPC模型精度的联合精化。GF-1卫星WFV影像的实验结果表明:在DEM支持下经过区域网平差后,RPC模型的定位精度可达到像素级水平。     

干扰式合成孔径雷达的理论与设计约束

用干涉式合成孔径雷达（ＩｎＳＡＲ）对地球的地形进行测绘的技术，有望成为在全球范围国内生产高分辨率的数字高程图的有效方法。本文对ＩｎＳＡＲ技术的基本原理、测高精度、回波信号的去相关效应、临界基线与最佳基线的决定、相位解缠、以及全球测绘的可能性等问题进行了系统的分析和较详细的阐述。     

SAR干涉测高分布式小卫星编队构形优化设计

SAR干涉（InSAR）测高是分布式卫星目前一个重要的应用方向。星间基线是系统高程理论精度的决定性因素之一，而基线是由编队构形决定的，因此构形设计是InSAR测高分布式小卫星系统顶层设计的一个关键内容。针对设计变量与目标函数之间的关系非常复杂，没有简单明确的解析形式的特点，选择遗传算法作为优化算法进行构形的优化设计，给出了编码方法和适应度函数。以典型雷达卫星参数为初始条件，对几种不同构形进行了仿真，结果表明在一个轨道周期内，双星空间编队约有一半时间能够满足精度优于1m的要求，是进行InSAR测高的首选构形。     

一种改进的星载分布式SAR相位保持成像算法

针对Chirp Scaling算法在推导中对相位采用近似处理而导致相位保持精度不能满足分布式星载InSAR系统对高程测量精度要求的问题,在对线性调频信号脉压处理中相位变化规律进行分析的基础上,结合星载分布式SAR数据处理对信号相关性的要求,推导了适用于星载分布式SAR数据处理的相位补偿公式,进而提出一种能够实现高精度相位保持的改进Chirp Scaling成像算法。算法精确补偿了包括复常数相位项、移零频所引入的线性相位项、距离向残留三次相位项及距离压缩后非均匀采样所引入的相位误差,并且能够实现分布式InSAR复图像对的粗配准。最后,给出了一种理论相位的计算方法,并通过计算机仿真验证了算法的有效性。     

X波段在南极地区穿透深度的技术研究

高精度极地数字高程模型(DEM)对于我国极地研究和探索具有重要意义.德国空间局开发的分布式合成孔径雷达干涉(InSAR)测绘卫星TanDEM-X已经被证明是获取大范围高精度DEM的有效工具.X波段在冰雪表面具有一定的穿透性,会导致极地DEM存在偏差.目前国内外针对X波段在极地冰雪表面的穿透研究还很少.本文利用TanDE...     

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。     

自适应分块的改进最小费用网络流解缠算法

相位解缠是进行精确差分干涉测绘的关键步骤,在相位解缠算法中,最小费用网络流(MCF)是当前常用的算法,该算法具有精度高、限制残差点误差扩散、优先将误差限制在低相干区域的优点,但随着残差点数量的增多,其计算效率也随之降低。改进的MCF算法通过对其做分块,有效提升了算法效率,但块尺寸的选取影响最后的准确度与效率。本文提出一种自适应分块的改进MCF解缠算法,通过自适应寻优的方式选取合适的分割块,将相干性较高的点集中在同一块内,使得在准确度不受过多影响的情况下有效地提升算法效率。     

有理函数模型在光学卫星影像几何纠正中的应用

分析了中国光学卫星影像的严密成像几何模型,并采用有理函数模型(RFM)拟合严密成像几何模型,分别对"资源二号"两景影像(平原与山区)和"遥感二号"一景影像进行了几何纠正试验。试验中,参考相应地区1∶10 000数字正射影像(DOM)选取一定数量的控制点用于精化有理函数模型参数,结合相应地区1∶10 000数字高程模型(DEM)对影像进行正射纠正,纠正精度反映了RFM拟合严密成像几何模型的正确性,但同时也反应了中国光学卫星与法国、美国光学卫星在内检校工作上的差距。     

星载干涉合成孔径雷达高度计波束指向优化设计新方法

基于干涉合成孔径雷达(InSAR)体制的星载高度计能实现高分辨率、宽幅、高精度海面高程测量。传统合成孔径雷达(SAR)系统波束指向设计方法以SAR图像近远端噪声等效后向散射系数差异最小化为优化目标,星载InSAR高度计对海入射角小,如采用传统波束指向设计方法将面临系统近端测高性能优于远端等问题。为使远端测高性能满足应用精度指标要求,系统需提高雷达发射功率或增大雷达天线尺寸,这对卫星系统提出了较高的要求。提出了面向测高应用的星载InSAR高度计波束中心指向设计新方法。该方法通过调整雷达波束中心指向实现全场景测高性能最优化,可有效降低传统设计方法中SAR载荷对发射功率等卫星指标的要求,对未来我国发展InSAR体制海面高度计系统设计具有重要的指导意义。仿真分析结果验证了新方法相对于传统设计方法的优越性。     

改进粒子群算法优化SVM参数的遥感图像分类

文章使用支持向量机(SVM)分类算法,结合当下应用较为广泛的智能优化算法,对SVM的参数进行优化选取,以期能够提高遥感图像的分类精度。针对粒子群算法(PSO)优化SVM分类器参数时,存在着容易早熟收敛、分类精度相对较低、容易陷入局部最优解的问题,提出了一种以自适应权重粒子群算法(SAPSO)为基础,引入遗传算法交叉算子的混合优化算法(SAPSO-GA),利用这种改进的算法优化SVM参数对遥感图像进行分类。文章以一景Quick Bird卫星遥感影像为例,对影像进行图像融合等预处理,然后分别使用PSO-SVM算法和SAPSO-GA-SVM算法进行土地利用分类,比较分析两种算法的分类精度,结果表明,改进的算法提高了粒子群算法的搜索性能,能够寻找更佳SVM分类器参数,获得较高的分类精度。     

基于磁力计、IMU和单目视觉的自主定位方法

基于单目视觉与惯性测量单元(IMU)融合的SLAM(simultaneous localization and mapping)技术,具有硬件成本低、体积小和消耗计算资源少等优点,在移动机器人导航系统中得到了广泛的应用。单目视觉SLAM系统主要通过求解对极几何来解算位姿,但当平移为零时(仅存在姿态旋转运动),存在解算漂移的问题。通过将磁力计的数据融合到单目视觉SLAM算法中,不但可以解决纯旋转情况下姿态解算漂移问题,还可以提高解算精度。物理仿真实验的结果表明,与传统的SLAM算法相比,本文提出的基于磁力计、IMU和单目视觉融合的算法具有精度高、鲁棒性好的优点。