超分辨率永久散射体干涉测量技术研究

张 浩

1.南京邮电大学物联网学院,江苏 南京 210023; 2.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北 武汉 430079

D-InSAR技术和时序InSAR技术是SAR领域最成功的应用技术之一,被广泛应用于从火山地形形变监测、滑坡变形监测及建筑物变形监测等领域。相比D-InSAR技术,时序InSAR技术具备有效减小失相关因素影响、监测精度高等优点,论文在前人研究的基础上,提出了一种新的时序InSAR技术-超分辨率永久散射体干涉测量技术(super resolution persistent scatterer interferometry,SR-PSI)。论文围绕SR-PSI技术展开研究,主要研究的目标是通过合适的策略将超分辨率处理技术融合到PSI技术中,建立一套完整的SR-PSI的处理流程,并通过仿真和真实数据验证SR-PSI的有效性。围绕此研究目标,论文做的主要工作如下。

(1) 论文分析了当前时序InSAR技术中存在的问题。为了提高PSI中PS点的密度,论文提出了SR-PSI技术,将基于谱估计的SAR影像超分辨率重处理技术融入到PSI技术中。

(2) 论文针对超分辨率重处理技术的原理、实际应用中的参数设置、快速算法等问题展开了研究,并研究了TOPS成像模式的超分辨率重处理问题。

(3) 针对基于对角线加载的稳健Capon算法会加重重处理影像的边缘效应的问题,提出了修正的稳健Capon算法,基于TerraSAR-X数据试验结果表明,该算法能够有效减弱SAR影像重处理的边缘效应。

(4) 针对超分辨率重处理影像分辨率自适应的特点导致传统PSC提取方法难以直接应用的问题,论文提出了基于顶点探测的PSC提取技术,并进一步研究分析了SR-PSI的整个技术流程。为了对SR-PSI的性能进行分析,论文研究了其评价指标,并进一步基于仿真数据和TerraSAR-X、哨兵1号TOPS数据进行了试验验证。仿真数据和真实数据试验结果均表明,SR-PSI优于传统的PSI处理流程,在SR-PSI中单时相Capon算法表现最优。对真实数据提取的PS点的形变速率、高程、形变标准差的对比分析表明,SR-PSI能够保持与传统PSI相同的相位质量。相比传统PSI技术,SR-PSI能够将PS点的密度提高30%-50%。

(5) 针对超分辨率算法效率低的问题,论文提出了基于同质区域识别的SR-PSI和传统PSI联合处理的方法。首先推导了不同显著水平下的识别同质区域的变异系数阈值,然后分析了联合处理的技术流程。通过TerraSAR-X真实数据的试验结果表明,当变异系数阈值设置为0.75时,联合处理算法相比传统PSI算法能够将永久散射体的密度提高39%,而相比SR-PSI计算效率提高了48%,说明联合处理方法能够保持SR-PSI的有效性并有效提高其处理效率。

论文通过以上研究详细分析了所提出的SR-PSI技术,并通过仿真数据和真实数据试验证实,相比传统PSI技术,论文提出的SR-PSI能够有效提升PS点的数量,减少旁瓣PS点。希望论文的研究能够为相关研究提供一定的启发和帮助,并进一步应用于形变测量的工程实践中。