永久散射體雷達(dá)干涉理論與方法

內(nèi)容概要

劉國(guó)祥、陳強(qiáng)、羅小軍、蔡國(guó)林所著的《永久散射體雷達(dá)干涉理論與方法》總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，采取理論剖析、實(shí)驗(yàn)分析與應(yīng)用驗(yàn)證相結(jié)合的形式，系統(tǒng)陳述了合成孔徑雷達(dá)干涉(InSAR)及永久散射體雷達(dá)干涉(PSI)
的理論、模型與數(shù)據(jù)處理方法，重點(diǎn)闡述了網(wǎng)絡(luò)化PSI理論與方法及其在區(qū)域地表形變監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用實(shí)例。全書共分11章，其主要內(nèi)容包括：InSAR
及PSI概論、InSAR理論模型、InSAR數(shù)據(jù)處理、PSI理論基礎(chǔ)、SAR影像配準(zhǔn)、永久散射體識(shí)別、PS網(wǎng)絡(luò)模型與線性參數(shù)求解、大氣與非線性形變時(shí)間序列分離、PSI地表形變探測(cè)應(yīng)用實(shí)例、基于多衛(wèi)星平臺(tái)PSI提取三維形變速率場(chǎng)、超短基線TCPInSAR及其應(yīng)用。本書所陳述的理論與方法為克服雷達(dá)干涉在區(qū)域地表形變監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用局限性(主要包括時(shí)空失相關(guān)和大氣延遲的負(fù)面影響)提供了有利的技術(shù)途徑。
《永久散射體雷達(dá)干涉理論與方法》可作為高等院校及研究所測(cè)繪類或地球物理類專業(yè)研究生教學(xué)用書，亦可作為攝影測(cè)量與遙感、大地測(cè)量、工程測(cè)量、工程地質(zhì)及地球物理等專業(yè)的科技人員與高等院校師生的參考用書。

書籍目錄

叢書出版說(shuō)明  
序
前言
第一章  合成孔徑雷達(dá)干涉概論
  1.1   InSAR介紹
  1.2   InSAR發(fā)展簡(jiǎn)要?dú)v程
  1.3   DInSAR應(yīng)用于形變探測(cè)的局限性
    1.3.1  時(shí)間失相關(guān)
    1.3.2  基線失相關(guān)
    1.3.3  大氣延遲
  1.4  永久散射體雷達(dá)干涉(PSI)  
  1.5  本書的組織結(jié)構(gòu)
  參考文獻(xiàn)
第二章  InSAR理論模型及分析
  2.1  引言
  2.2  干涉幾何及相位分量
    2.2.1  參考面相位構(gòu)成分析
    2.2.2  地形相位分析
    2.2.3  形變相位分析
  2.3  干涉相關(guān)性
  2.4  InSAR三維重建
  2.5   InSAR地表形變探測(cè)
  2.6   InSAR測(cè)量敏感度分析
    2.6.1  InSAR干涉相位對(duì)地形的敏感度
    2.6.2   DInSAR對(duì)地表形變的敏感度
  參考文獻(xiàn)
第三章  InSAR數(shù)據(jù)處理
  3.1  引言
  3.2  影像配準(zhǔn)
  3.3  干涉圖濾波
    3.3.1  前置SAR影像濾波
    3.3.2  后置干涉圖濾波
  3.4  參考面／地形相位去除
  3.5  相位解纏
    3.5.1  枝切法
    3.5.2  最小二乘法
    3.5.3  網(wǎng)絡(luò)流算法
  3.6  地理編碼
  參考文獻(xiàn)
第四章  PSI理論基礎(chǔ)
  4.1  引言
  4.2   SAR影像時(shí)間序列及PS概念
    4.2.1   SAR影像時(shí)間序列  
    4.2.2  永久散射體
  4.3   SAR干涉對(duì)組合模式
    4.3.1  公共主影像干涉對(duì)組合模式
    4.3.2  小基線集干涉對(duì)組合模式
    4.3.3  自由組合模式
  4.4   BSI信號(hào)分解基本理論與方法
    4.4.1   PS網(wǎng)絡(luò)線性形變的提取
    4.4.2   PS非線性信號(hào)的分解
  4.5   PSI技術(shù)特點(diǎn)
  參考文獻(xiàn)
第五章  SAR影像配準(zhǔn)
  5.1  引言
  5.2   SAR影像粗配準(zhǔn)
    5.2.1  N名點(diǎn)選取方法
    5.2.2  基于影像平移的SAR復(fù)數(shù)影像粗配準(zhǔn)
  5.3   SAR影像精配準(zhǔn)
  5.4  配準(zhǔn)質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)
  5.5  配準(zhǔn)方法的比較
    5.5.1  實(shí)驗(yàn)方案
    5.5.2  配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)分析
  5.6  應(yīng)用實(shí)例
  5.7  小結(jié)
  參考文獻(xiàn)
第六章  永久散射體的識(shí)別
  6.1  引言
  6.2  時(shí)序SAR影像的輻射校正
    6.2.1  基于校正因子的輻射校正法
    6.2.2  相對(duì)輻射校正法
  6.3   PS探測(cè)理論與方法
    6.3.1  時(shí)序相關(guān)系數(shù)閩值法
    6.3.2  相位離差閾值法
    6.3.3  振幅離差指數(shù)閾值法
  6.4  相干系數(shù)和振幅離差雙重閾值法
    6.4.1  單一相關(guān)系數(shù)閾值法識(shí)別PS目標(biāo)
    6.4.2  單一振幅離差指數(shù)閾值法識(shí)別PS點(diǎn)
    6.4.3  雙重閾值法串行識(shí)別PS
  6.5  振幅信息雙閾值法
    6.5.1  振幅閾值法探測(cè)PSC  
    6.5.2  振幅離差閾值法探測(cè)PS
    6.5.3  上海陸家嘴地區(qū)PS探測(cè)實(shí)例分析
  6.6  基于相位穩(wěn)定性分析的PS選取
    6.6.1  基于相位穩(wěn)定性探測(cè)PSC
    6.6.2  基于TerraSAR-X影像的PS探測(cè)實(shí)例分析
  參考文獻(xiàn)
第七章  PS網(wǎng)絡(luò)模型與線性參數(shù)求解
  7.1  引言
  7.2   PS相位差分模型
  7.3   PS基線連接與網(wǎng)絡(luò)建立
  7.4   PS差分相位建模與參數(shù)估計(jì)
  7.5   PS網(wǎng)絡(luò)最小二乘法平差
    7.5.1  觀測(cè)值函數(shù)模型
    7.5.2  形變參數(shù)估計(jì)
  7.6   PS網(wǎng)絡(luò)解算模擬實(shí)驗(yàn)
    7.6.1  實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
    7.6.2  系統(tǒng)參數(shù)
    7.6.3  仿真數(shù)據(jù)
    7.6.4   PS網(wǎng)絡(luò)基線解算與統(tǒng)計(jì)分析
    7.6.5   PS形變和高程測(cè)量精度分析
    7.6.6   PS測(cè)量精度與相位標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系
    7.6.7  實(shí)驗(yàn)結(jié)論
  參考文獻(xiàn)
第八章  大氣與非線性形變時(shí)間序列分離
  8.1  引言
  8.2  大氣與非線性形變信號(hào)的時(shí)空特性
  8.3  基于濾波技術(shù)的信號(hào)分離方法
    8.3.1  干涉圖大氣相位估計(jì)
    8.3.2  主影像大氣相位估計(jì)
    8.3.3  從影像大氣相位估計(jì)
    8.3.4   PS非線性形變估計(jì)
  8.4  基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾男盘?hào)分離方法
  8.5  信號(hào)分離實(shí)驗(yàn)與分析
    8.5.1  基于濾波技術(shù)的信號(hào)分離實(shí)驗(yàn)及分析
    8.5.2  基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾男盘?hào)分離實(shí)驗(yàn)及分析
  參考文獻(xiàn)
第九章  PSI地表形變探測(cè)應(yīng)用實(shí)例
  9.1  引言
  9.2  基于ERS-1／2 SAR影像的美國(guó)菲尼克斯市沉降探測(cè)
    9.2.1  研究區(qū)域及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
    9.2.2   PS沉降解算結(jié)果與分析
    9.2.3  不同PS解算方式的對(duì)比與分析
  9.3  基于ERS-1／2 SAR影像的上海市陸家嘴沉降探測(cè)
    9.3.1  研究區(qū)域及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
    9.3.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
  9.4  基于TerraSAR-X影像的上海市寶山區(qū)羅涇鎮(zhèn)沉降探測(cè)與驗(yàn)證
    9.4.1  研究區(qū)域及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
    9.4.2   PSI沉降結(jié)果及分析
    9.4.3   PSI形變結(jié)果精度分析
  9.5  基于TerraSAR-X影像的天津市沉降探測(cè)與分析
    9.5.1  研究區(qū)域及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
    9.5.2   PS目標(biāo)提取
    9.5.3   PSI沉降結(jié)果及分析
    9.5.4  精度評(píng)估與沉降分析
  參考文獻(xiàn)
第十章  基于多衛(wèi)星平臺(tái)PSI提取三維形變速率場(chǎng)
  10.1  引言
  10.2  基于多平臺(tái)PSI提取三維地表形變速率場(chǎng)
    10.2.1  使用單平臺(tái)PSI提取LOS向形變速率場(chǎng)
    10.2.2  三維形變速率的恢復(fù)與重建
  10.3  研究區(qū)域與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
  10.4  實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    10.4.1   PS分布及PSI形變速率場(chǎng)
    10.4.2  三維形變速率場(chǎng)及分析
  10.5  小結(jié)
  參考文獻(xiàn)
第十一章  超短基線TCPInSAR及其應(yīng)用
  11.1  引言
  11.2  超短基線TCPInSAR建模及參數(shù)解算
    11.2.1  超短基線干涉對(duì)的選擇
    11.2.2   TCP探測(cè)及構(gòu)網(wǎng)  
    11.2.3  TCP相位建模及形變參數(shù)估計(jì)
  11.3  研究區(qū)域與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
  11.4  實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    11.4.1   TCP目標(biāo)分布及分析
    11.4.2  沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析
    11.4.3  結(jié)果驗(yàn)證與分析
  11.5  小結(jié)
  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　3.2 影像配準(zhǔn) 從單個(gè)SAR影像對(duì)中提取地形起伏或地表形變信息，首先要面臨的問(wèn)題是如何將沿重復(fù)軌道（存在輕微偏移）獲取的覆蓋同一地區(qū)的影像進(jìn)行精確配準(zhǔn)。SAR影像的配準(zhǔn)主要是計(jì)算主影像（參考影像）與從影像（待配準(zhǔn)影像）在方位向（Azimuth）和距離向（Range）的坐標(biāo)映射關(guān)系，然后利用這個(gè)關(guān)系對(duì)待配準(zhǔn)影像進(jìn)行坐標(biāo)變換和重采樣，將從影像重新采樣為與主影像像素格網(wǎng)對(duì)齊的一幅新影像。因?yàn)檐壍榔屏枯^小（一般在1km左右），而軌道高度為數(shù)百公里，因此，在重復(fù)軌道影像重疊區(qū)域內(nèi)，同名像點(diǎn)對(duì)問(wèn)的坐標(biāo)偏移量具有一定的變化規(guī)律，這種坐標(biāo)映射關(guān)系一般可使用一個(gè)高階多項(xiàng)式來(lái)擬合[1—3]。干涉測(cè)量要求影像配準(zhǔn)精度必須達(dá)到子像元級(jí)。一般分兩個(gè)階段實(shí)施，即粗配準(zhǔn)和精配準(zhǔn)。粗配準(zhǔn)可利用衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)選取少量的特征點(diǎn)計(jì)算待配準(zhǔn)影像相對(duì)于參考主影像在方位向（t）和距離向（r）的粗偏移量，目的是為后續(xù)的影像精配準(zhǔn)提供坐標(biāo)初始值。而精配準(zhǔn)是基于粗配準(zhǔn)坐標(biāo)偏移量和影像匹配算法，在主從影像中搜索出足夠數(shù)量且均勻分布在重疊區(qū)域內(nèi)的同名像點(diǎn)，然后使用多項(xiàng)式模型描述兩幅影像同名像素的坐標(biāo)偏差，將主從影像同名像點(diǎn)的坐標(biāo)差（△r，△t）表示為主影像坐標(biāo)（r，t）的函數(shù)關(guān)系式（如二次多項(xiàng)式）：基于所得到的同名像點(diǎn)坐標(biāo)偏移量，采用最小二乘算法可求解出多項(xiàng)式模型的系數(shù)（ai和bi（i=0，1，…，5），這樣就建立了兩幅影像同名點(diǎn)的坐標(biāo)變換關(guān)系；然后利用這一模型對(duì)從影像進(jìn)行重采樣處理，將從影像取樣到主影像空間。重采樣方法較多，如最鄰近點(diǎn)法、雙線性內(nèi)插法、雙三次樣條內(nèi)插法等，實(shí)驗(yàn)證明，雙三次樣條內(nèi)插法能滿足干涉處理的高精度要求[4—10]。3.3 干涉圖濾波 如第二章所述，將主影像與重采樣后的從影像作復(fù)數(shù)共軛相乘，獲取復(fù)數(shù)形式的干涉圖，然后從干涉圖中提取相位主值分量圖，可得到一次相位差圖。需要注意的是，干涉相位在—π到π內(nèi)變化，一個(gè)完整的變化皇現(xiàn)為一個(gè)干涉條紋，且每個(gè)像素都存在相位整周模糊度問(wèn)題。

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