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干涉雷达中的永久散射体和交叉干涉技术的研究与应用
白俊
学位类型工学硕士
导师普林特
2005-05-01
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业模式识别与智能系统
关键词图像处理 干涉雷达 滤波 久散射体 地表沉降 城市应用 Ers Envisat 交叉干涉 Image Processing Interferometry Radar Filtering Permanent Scatters Cross-interferometry.
摘要干涉合成孔径雷达 (InSAR) 是二十世纪九十年代迅速发展起来的一门新兴的遥感技术,成功地应用于地形测绘与地表形变监测。特别是进入二十一世纪初期,永久散射体技术 (PSInSAR) 的出现以及 ENVISAT 卫星的发射成功,给InSAR 领域带来新的挑战和新的问题。虽然 PS 技术和其它技术相比表现出了巨大的潜力和众多的优势,我们必须进行更多的研究工作,以便使它上升到一个更高的可操作层次。 本文首先分析了 InSAR 处理的一些基本原理。接下来研究当前 InSAR 领域的一些前沿话题,即永久散射体技术 (Permanent Scatters SAR Interferometry,PSInSAR) 和 ERS 与 ENVISAT 间的交叉干涉。本文的主要工作和贡献可以概括如下: 1. 方位向滤波算法的实现:在对 InSAR 处理的一般原理的介绍之后,我们重点分析了多普勒去相关现象。我们指出主、辅图像间多普勒质心差导致了干涉图像的多普勒去相关,而解决这一问题的方法是进行滤波处理。本文实现了去除多普勒去相关的方位向滤波算法,并且最后用实验结果验证了滤波后相干性的提高。 2. 永久散射体技术 (PSInSAR) 的研究和应用:第三章首先指出了现有 PS 点选择方法的不足之处,在此基础上我们提出了一种新的自适应滤波算法,不依赖于特定的数据集。接下来我们介绍了用以求解地表形变速度的一般相位模型。我们经过分析指出该模型具有多个解;为了解决这个问题,我们对已有的最优化算法进行了改进。我们将本章提出的算法应用到北京地区的 13 幅 ERS 图像中,时间为从 1995 年到 1999 年。在进行了一系列处理后,我们得出了沉降结果。在缺少北京地区实际的沉降数据的前提下,我们尚未验证结果的正确性。然而在最后,我们给出了用现有的不同 PS 点检测方法求得的沉降结果的比较。 3. ERS-ENVISAT 交叉干涉技术的研究:第四章介绍了 ERS-ENVISAT 交叉干涉的理论基础。在交叉干涉中存在着两个主要的问题:1) ERS 和 ENVISAT图像的分辨率有所不同;2) SAR 干涉的核心方程中将引入新的一项相应于两幅图像不同的分辨率,而这一项需要在获得“规范化”的干涉图之前进行去除。第一个问题给生成干涉图之前的配准带来了复杂性;为了解决这个问题,我们在已有的配准算法基础上提出了适用于它们之间的配准算法。最后,我们把ERS-ENVISAT 交叉干涉技术和 PS 技术联系起来,简单地介绍了 ERS-ENVISAT图像序列中的永久散射体连续性问题。实验结果表明了我们的算法的有效性。
其他摘要This Master thesis introduces at first the basic principles of InSAR processing, and ends with the study of some of the most advanced topics in the InSAR domain to date, that is, PS technique and cross-interferometry. The main work and contributions of this Master thesis can be summarized as the follows: 1. Implementation of Azimuth Filtering: After a general description of Insar processing principles, we focus on the analysis on the Doppler Shift Phenomenon (Chapter 2). We point out that the difference of Doppler Centroid results in a decorrelation effect, and that this problem is to be solved by filtering processing. We have implemented the Azimuth Filtering algorithm and demonstrate on real images the improvement of the correlation after filtering. 2. PS selection and algorithmic techniques: The Chapter 3 first points out the lack and insufficiencies of existing PS selection methods; we thus propose a new adaptive threshold approach, able to cope with any dataset. In a second part of the Chapter, we introduce the commonly accepted analytical model of the phase measurement to retrieve the LOS (Line of Sight) velocity. We show that the system has multiple solutions; to overcome this problem, we developed an original optimization framework. The new PS technique as proposed in this Chapter has been applied to a set of ERS images covering Beijing area between 1995 and 1999. The subsidence rate has been estimated but could not be validated due to a lack of ground truth data. However, a comparison is made between the LOS velocity results obtained from different PS selection algorithms. 3. ERS-ENVISAT cross-interferometry: The theoretical basis of ERS-ENVISAT images cross-interferometry are presented in Chapter 4. Two difficulties raised by cross-interferometry are exposed in details: i) due to the difference of the signal wave lengths, the images pixel resolution is not identical in ERS and ENVISAT images ; ii) the phase difference equation, at the core of the interferometry technique, is augmented with an additional phase shift term, which needs to be removed before retrieving a “normal” interferogram. The first problem can introduce complication at the stage of image co-registration that generates the interferogram; to cope with this, we propose an efficient co-registration scheme, which is a generalization of existing methods. At last, we establish the relationship between the PS technique and the cross-interferometry, giving a brief introduction on PS continuity in ERS and ENVISAT image series.
馆藏号XWLW870
其他标识符200228014603536
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/6876
专题毕业生_硕士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
白俊. 干涉雷达中的永久散射体和交叉干涉技术的研究与应用[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2005.
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