超分辨率永久散射體干涉測量技術(shù)研究

張 浩

1.南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院,江蘇 南京 210023; 2.武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室,湖北 武漢 430079

D-InSAR技術(shù)和時序InSAR技術(shù)是SAR領(lǐng)域最成功的應(yīng)用技術(shù)之一,被廣泛應(yīng)用于從火山地形形變監(jiān)測、滑坡變形監(jiān)測及建筑物變形監(jiān)測等領(lǐng)域。相比D-InSAR技術(shù),時序InSAR技術(shù)具備有效減小失相關(guān)因素影響、監(jiān)測精度高等優(yōu)點,論文在前人研究的基礎(chǔ)上,提出了一種新的時序InSAR技術(shù)-超分辨率永久散射體干涉測量技術(shù)(super resolution persistent scatterer interferometry,SR-PSI)。論文圍繞SR-PSI技術(shù)展開研究,主要研究的目標(biāo)是通過合適的策略將超分辨率處理技術(shù)融合到PSI技術(shù)中,建立一套完整的SR-PSI的處理流程,并通過仿真和真實數(shù)據(jù)驗證SR-PSI的有效性。圍繞此研究目標(biāo),論文做的主要工作如下。

(1) 論文分析了當(dāng)前時序InSAR技術(shù)中存在的問題。為了提高PSI中PS點的密度,論文提出了SR-PSI技術(shù),將基于譜估計的SAR影像超分辨率重處理技術(shù)融入到PSI技術(shù)中。

(2) 論文針對超分辨率重處理技術(shù)的原理、實際應(yīng)用中的參數(shù)設(shè)置、快速算法等問題展開了研究,并研究了TOPS成像模式的超分辨率重處理問題。

(3) 針對基于對角線加載的穩(wěn)健Capon算法會加重重處理影像的邊緣效應(yīng)的問題,提出了修正的穩(wěn)健Capon算法,基于TerraSAR-X數(shù)據(jù)試驗結(jié)果表明,該算法能夠有效減弱SAR影像重處理的邊緣效應(yīng)。

(4) 針對超分辨率重處理影像分辨率自適應(yīng)的特點導(dǎo)致傳統(tǒng)PSC提取方法難以直接應(yīng)用的問題,論文提出了基于頂點探測的PSC提取技術(shù),并進一步研究分析了SR-PSI的整個技術(shù)流程。為了對SR-PSI的性能進行分析,論文研究了其評價指標(biāo),并進一步基于仿真數(shù)據(jù)和TerraSAR-X、哨兵1號TOPS數(shù)據(jù)進行了試驗驗證。仿真數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)試驗結(jié)果均表明,SR-PSI優(yōu)于傳統(tǒng)的PSI處理流程,在SR-PSI中單時相Capon算法表現(xiàn)最優(yōu)。對真實數(shù)據(jù)提取的PS點的形變速率、高程、形變標(biāo)準(zhǔn)差的對比分析表明,SR-PSI能夠保持與傳統(tǒng)PSI相同的相位質(zhì)量。相比傳統(tǒng)PSI技術(shù),SR-PSI能夠?qū)S點的密度提高30%-50%。

(5) 針對超分辨率算法效率低的問題,論文提出了基于同質(zhì)區(qū)域識別的SR-PSI和傳統(tǒng)PSI聯(lián)合處理的方法。首先推導(dǎo)了不同顯著水平下的識別同質(zhì)區(qū)域的變異系數(shù)閾值,然后分析了聯(lián)合處理的技術(shù)流程。通過TerraSAR-X真實數(shù)據(jù)的試驗結(jié)果表明,當(dāng)變異系數(shù)閾值設(shè)置為0.75時,聯(lián)合處理算法相比傳統(tǒng)PSI算法能夠?qū)⒂谰蒙⑸潴w的密度提高39%,而相比SR-PSI計算效率提高了48%,說明聯(lián)合處理方法能夠保持SR-PSI的有效性并有效提高其處理效率。

論文通過以上研究詳細分析了所提出的SR-PSI技術(shù),并通過仿真數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)試驗證實,相比傳統(tǒng)PSI技術(shù),論文提出的SR-PSI能夠有效提升PS點的數(shù)量,減少旁瓣P(guān)S點。希望論文的研究能夠為相關(guān)研究提供一定的啟發(fā)和幫助,并進一步應(yīng)用于形變測量的工程實踐中。