基于联合像素分析的星载时间序列干涉SAR处理技术

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目前,地表沉降灾害日趋严峻,每年全国因地变沉降造成的直接经济损失达到上百亿人民币,因此地表沉降监测刻不容缓,传统的监测手段有GPS点,水准点两种主要监测手段,但是其成本高,范围小,仅对个别点进行监测的缺点,使得传统手段难以监测大面积沉降灾害,难以大范围推广,而随着遥感技术的发展,干涉SAR技术以其独特的优势,逐步在地表形变监测领域中被人们所接受,并取得不断发展,相比于传统的激光测高点云形式获取地表形变信息的手段,干涉SAR技术具有全天候全天时的优势,相比于传统的GPS点和水准点手段,干涉SAR技术具有长时间,大面积,毫米级形变监测精度的优势。  干涉合成孔径雷达技术((interferometric synthetic aperture radar,InSAR)是一种可以获形高分辨率地形轮廓,测量雷达目标沿雷达视线方向的形变的微波遥感技术,结合了电磁波干涉技术与合成孔径雷达技术。主要分为三个发展阶段:差分干涉SAR技术,第一代多时相干涉SAR技术,第二代多时相干涉SAR技术。差分干涉SAR技术是干涉SAR技术第一次成功应用于地表形变监测,但受制于时空基线和大气延迟误差的影响,形变测量精度只能达到厘米级,第一代多时相干涉SAR技术可以有效克服上述误差影响,获得毫米级形变测量精度,但是在非城区和低相干地区形变监测点空间密度较低,难以获取有效形变信息,第二代多时相干涉SAR技术可以同时获取高相干和低相干地区的形变信息。  本文重点研究第二代多时相干涉SAR处理技术中的代表技术联合像素干涉SAR处理技术,介绍了该技术处理流程,并进行了实验验证,证明了该技术的有效性,该技术可以有效提升低相干地区信噪比和相干性,提升形变监测点的空间密度。联合像素干涉SAR处理技术由时序SAR影像预处理技术和永久散射点技术(PSInSAR)两部分组成,时序SAR影像预处理技术主要由四部分组成:联合像素信号模型建立,联合像素拟合优检验方法,联合像素自适应滤波方法,联合像素的相位优化方法,本文建立了联合像素信号模型,重点研究了联合像素拟合优检验方法,提出了三种拟合优度检验方法,形成了完善的算法理论框架。  论文的主要工作和研究成果总结如下:  1.提出了一种基于联合像素的广义似然比拟合优度检验方法,该方法属于一种参数化拟合优度检验方法,传统基于一维向量的广义似然比拟合优度检验方法不能直接应用于多维联合像素向量,对两个联合像素向量的相似度分析采用二维处理过程,先在空间维利用广义似然比检验法求取数据块相似度,然后时间维将最大块离散度(maximum patch dissimilarity)作为时序似然比检验的失配指标度量,最后将最大块离散度小于给定阈值的联合像素向量定义为统计同分布联合像素向量,利用真实数据进行实验,证明了该方法的有效性,相比于传统的永久散射体技术和SqueeSAR技术,能够显著提升低相干区域监测点空间密度。  2.提出了一种基于经验似然比的联合像素拟合优度检验方法,该方法属于非参数拟合优度检验方法,同样是二维处理过程,在空间维运用经验似然比方法寻找统计同分布联合像素,并计算似然比,在时间维寻找出最大时序似然比,当该值小于给定阈值时,两个联合像素向量统计同分布,利用真实数据验证该方法,效果优于参数化的广义似然比拟合优度检验方法,形变监测点的空间密度进一步提升,监测区域相干性和信噪比进一步提升。  3.提出了一种基于KSTEST方法的拟合优度检验方法,该方法同样属于非参数拟合优度检验方法,在空间维运用KSTEST假设检验方法,寻找统计同分布联合像素,计算检验统计量,在时间维寻找最大检验统计量,当该统计量小于给定阈值时,两个联合像素向量统计同分布,利用真实数据进行验证,该方法的效果优于经验似然比拟合优度检验方法,在三种拟合优度检验方法中效果最好,监测点的空间密度最高。
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