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內容簡介

　　InSAR是在SAR基礎上發展起來的一項遙感技術，目前已在地形測繪、形變監測等相關領域取得瞭重要的應用成果。機載毫米波InSAR特彆適閤提取觀測對象的錶麵信息，並形成觀測區域的高精度數字錶麵模型。《機載毫米波三基綫InSAR技術》共分11章，首先介紹InSAR的基本原理和數據處理方法，討論機載毫米波InSAR的基綫優化問題；結閤機載毫米波三基綫InSAR原理樣機設計和飛行試驗情況，重點介紹機載毫米波三基綫InSAR的係統誤差校正、相位解纏和高程反演方法；同時介紹基於時變基綫的機載InSAR數據處理方法、圖像數據壓縮方法、基於壓縮感知的InSAR稀疏采樣和信號處理方法；最後結閤未來應用方嚮，對機載Ka/L雙波段InSAR植被高度測量係統進行分析。

目錄

前言
第1章 概論
1.1 研究意義
1.2 國外研究現狀
1.2.1 機載毫米波SAR
1.2.2 機載毫米波InSAR
1.2.3 星載毫米波InSAR
1.3 國內研究現狀
1.4 機載毫米波三基綫InSAR原理樣機飛行試驗情況
1.5 毫米波InSAR的應用方嚮
1.6 本書的內容安排
參考文獻

第2章 InSAR的基本原理和數據處理方法
2.1 引言
2.2 InSAR基本概念
2.3 InSAR基本原理
2.4 InSAR數據處理流程
2.5 InSAR成像處理算法
2.5.1 基於ECS的自動配準成像處理算法原理
2.5.2 改進的基於ECS的自配準成像處理算法流程
2.6 機載InSAR運動補償方法
2.6.1 雙參考軌跡法
2.6.2 改進型雙參考軌跡法
2.6.3 兩種運動補償方法的比較
2.7 基於POS的機載InSAR數據處理
2.8 小結
參考文獻

第3章 機載毫米波InSAR多基綫優化設計
3.1 引言
3.2 InSAR幾何模型
3.3 InSAR高程模糊
3.4 毫米波InSAR相位解纏
3.4.1 單基綫相位解纏
3.4.2 多基綫相位解纏
3.5 基於中國餘數定理的機載毫米波InSAR三基綫優化設計
3.5.1 中國餘數定理
3.5.2 基於中國餘數定理的三基綫相位解纏方法
3.5.3 相位噪聲的影響分析
3.5.4 基綫構型誤差的影響分析
3.5.5 機載毫米波InSAR的三基綫構型優化設計
3.6 基於倒數互質關係的多基綫構型研究
3.6.1 理論分析
3.6.2 三維棋盤空間的解釋
3.6.3 基於倒數互質的三基綫InSAR設計範例
3.7 小結
參考文獻

第4章 機載毫米波三基綫InSAR原理樣機係統設計
4.1 引言
4.2 係統方案設計
4.2.1 基綫構型
4.2.2 工作模式
4.2.3 係統組成
4.3 係統參數設計和分析
4.3.1 係統帶寬
4.3.2 作用距離
4.3.3 測繪幅寬
4.3.4 采樣點數和數據率
4.3.5 接收機動態範圍和增益
4.3.6 相位噪聲的影響分析
4.3.7 高程測量精度分析
4.3.8 不模糊高程分析
4.4 硬件設計與實現
4.4.1 天綫
4.4.2 矩陣開關
4.4.3 收發子係統
4.4.4 數據采集和記錄器
4.4.5 穩定平颱
4.4.6 位置和姿態測量係統
4.5 數據處理
4.5.1 運動補償和成像處理
4.5.2 乾涉相位解纏和濾波
4.6 小結
參考文獻

第5章 毫米波三基綫InSAR係統誤差地麵校正和信號分析
5.1 引言
5.2 係統描述
5.3 係統誤差校正方案
5.3.1 距離嚮幅相誤差提取
5.3.2 距離嚮幅相誤差校正
5.3.3 通道間幅相誤差校正
5.4 係統誤差校正後的信號分析
5.4.1 脈衝壓縮處理
5.4.2 通道間乾擾分析
5.4.3 係統相位穩定性
5.4.4 慢時間頻譜分析
5.4.5 幅相一緻性分析
5.5 地麵測試試驗
5.6 實際飛行數據處理結果
5.7 小結
參考文獻

第6章 毫米波三基綫InSAR係統參數飛行估計和校正
6.1 引言
6.2 三基綫InSAR高程測量模型
6.3 基於敏感度方程的係統誤差分析
6.4 係統誤差粗估計
6.4.1 基於機械參考的橫滾角、俯仰角和偏航角安裝偏置誤差檢查
6.4.2 基於多普勒中心頻率的誤差估計
6.4.3 係統斜距誤差估計
6.4.4 基綫傾角誤差和乾涉初相粗估計
6.5 係統誤差精估計
6.5.1 基於敏感度方程的乾涉定標算法
6.5.2 基於最優化模型的三基綫聯閤定標算法
6.6 毫米波三基綫InSAR係統參數飛行估計和校正處理流程
6.7 實際數據處理
6.7.1 基於多普勒中心頻率的誤差估計
6.7.2 地麵特徵點的選取和斜距誤差估計
6.7.3 基綫傾角和乾涉初相粗估計
6.7.4 基於最優化模型的三基綫聯閤校正處理
6.8 小結
參考文獻

第7章 毫米波三基綫InSAR的相位解纏及其高程反演
7.1 引言
7.2 三基綫相位解纏繞基本原理
7.3 基於聚類分析的三基綫相位解纏繞方法
7.3.1 三基綫的聚類分析
7.3.2 三基綫相位解纏方法
7.4 仿真數據處理
7.5 實際數據處理
7.6 小結
參考文獻

第8章 基於BP算法和時變基綫的機載InSAR數據處理
8.1 引言
8.2 傳統機載InSAR數據處理中的問題
8.2.1 波束中心近似導緻的相位誤差
8.2.2 地形高程未知導緻的相位誤差
8.2.3 相位誤差數值分析
8.3 基於BP算法和時變基綫的InSAR數據處理方法
8.3.1 BP成像算法
8.3.2 基於BP算法的乾涉處理模型
8.3.3 時變基綫乾涉處理方法
8.3.4 乾涉處理流程
8.3.5 適用條件
8.4 仿真試驗
8.5 實際數據處理
8.6 小結151vii
參考文獻

第9章 機載InSAR圖像數據壓縮
9.1 引言
9.2 機上信號處理方法
9.2.1 機上數據壓縮方法
9.2.2 機上信號處理流程
9.3 數據壓縮性能的評價方法
9.4 仿真數據處理結果及壓縮性能分析
9.5 實際數據處理結果及其壓縮性能分析
9.6 小結
參考文獻

第10章 基於壓縮感知的InSAR成像處理
10.1 引言
10.2 InSAR信號稀疏性
10.2.1 InSAR幾何與信號稀疏性
10.2.2 基於CS理論的稀疏重建
10.3 信號處理方法
10.4 試驗和處理結果
10.4.1 試驗描述和評價準則
10.4.2 一維數據仿真試驗
10.4.3 圓錐數據仿真試驗
10.4.4 實際數據處理結果
10.5 小結
參考文獻

第11章 機載Ka/L雙波段InSAR植被高度測量係統分析
11.1 引言
11.1.1 極化乾涉估計植被高度存在的主要問題
11.1.2 基於Ka/L雙頻InSAR的植被高度測量方法
11.2 機載Ka/L雙頻InSAR植被高度測量係統方案設計
11.2.1 信號處理流程
11.2.2 係統組成和布局
11.2.3 發射機和天綫的形式
11.3 係統參數分析
11.3.1 工作帶寬和頻率選擇
11.3.2 天綫參數
11.3.3 作用距離和幅寬分析
11.3.4 基綫設計和高程模糊分析
11.4 係統性能分析
11.4.1 高程測量精度分析
11.4.2 L波段全極化乾涉獲取DTM的高程精度分析
11.4.3 植被高度估計精度分析
11.5 小結
參考文獻
目錄
前言

第1章 概論
1.1 研究意義
1.2 國外研究現狀
1.2.1 機載毫米波SAR
1.2.2 機載毫米波InSAR
1.2.3 星載毫米波InSAR
1.3 國內研究現狀
1.4 機載毫米波三基綫InSAR原理樣機飛行試驗情況
1.5 毫米波InSAR的應用方嚮
1.6 本書的內容安排
參考文獻

第2章 InSAR的基本原理和數據處理方法
2.1 引言
2.2 InSAR基本概念
2.3 InSAR基本原理
2.4 InSAR數據處理流程
2.5 InSAR成像處理算法
2.5.1 基於ECS的自動配準成像處理算法原理
2.5.2 改進的基於ECS的自配準成像處理算法流程
2.6 機載InSAR運動補償方法
2.6.1 雙參考軌跡法
2.6.2 改進型雙參考軌跡法
2.6.3 兩種運動補償方法的比較
2.7 基於POS的機載InSAR數據處理
2.8 小結
參考文獻

第3章 機載毫米波InSAR多基綫優化設計
3.1 引言
3.2 InSAR幾何模型
3.3 InSAR高程模糊
3.4 毫米波InSAR相位解纏
3.4.1 單基綫相位解纏
3.4.2 多基綫相位解纏
3.5 基於中國餘數定理的機載毫米波InSAR三基綫優化設計
3.5.1 中國餘數定理
3.5.2 基於中國餘數定理的三基綫相位解纏方法
3.5.3 相位噪聲的影響分析
3.5.4 基綫構型誤差的影響分析
3.5.5 機載毫米波InSAR的三基綫構型優化設計
3.6 基於倒數互質關係的多基綫構型研究
3.6.1 理論分析
3.6.2 三維棋盤空間的解釋
3.6.3 基於倒數互質的三基綫InSAR設計範例
3.7 小結
參考文獻

第4章 機載毫米波三基綫InSAR原理樣機係統設計
4.1 引言
4.2 係統方案設計
4.2.1 基綫構型
4.2.2 工作模式
4.2.3 係統組成
4.3 係統參數設計和分析
4.3.1 係統帶寬
4.3.2 作用距離
4.3.3 測繪幅寬
4.3.4 采樣點數和數據率
4.3.5 接收機動態範圍和增益
4.3.6 相位噪聲的影響分析
4.3.7 高程測量精度分析
4.3.8 不模糊高程分析
4.4 硬件設計與實現
4.4.1 天綫
4.4.2 矩陣開關
4.4.3 收發子係統
4.4.4 數據采集和記錄器
4.4.5 穩定平颱
4.4.6 位置和姿態測量係統
4.5 數據處理
4.5.1 運動補償和成像處理
4.5.2 乾涉相位解纏和濾波
4.6 小結
參考文獻

第5章 毫米波三基綫InSAR係統誤差地麵校正和信號分析
5.1 引言
5.2 係統描述
5.3 係統誤差校正方案
5.3.1 距離嚮幅相誤差提取
5.3.2 距離嚮幅相誤差校正
5.3.3 通道間幅相誤差校正
5.4 係統誤差校正後的信號分析
5.4.1 脈衝壓縮處理
5.4.2 通道間乾擾分析
5.4.3 係統相位穩定性
5.4.4 慢時間頻譜分析
5.4.5 幅相一緻性分析
5.5 地麵測試試驗
5.6 實際飛行數據處理結果
5.7 小結
參考文獻

第6章 毫米波三基綫InSAR係統參數飛行估計和校正
6.1 引言
6.2 三基綫InSAR高程測量模型
6.3 基於敏感度方程的係統誤差分析
6.4 係統誤差粗估計
6.4.1 基於機械參考的橫滾角、俯仰角和偏航角安裝偏置誤差檢查
6.4.2 基於多普勒中心頻率的誤差估計
6.4.3 係統斜距誤差估計
6.4.4 基綫傾角誤差和乾涉初相粗估計
6.5 係統誤差精估計
6.5.1 基於敏感度方程的乾涉定標算法
6.5.2 基於最優化模型的三基綫聯閤定標算法
6.6 毫米波三基綫InSAR係統參數飛行估計和校正處理流程
6.7 實際數據處理
6.7.1 基於多普勒中心頻率的誤差估計
6.7.2 地麵特徵點的選取和斜距誤差估計
6.7.3 基綫傾角和乾涉初相粗估計
6.7.4 基於最優化模型的三基綫聯閤校正處理
6.8 小結
參考文獻

第7章 毫米波三基綫InSAR的相位解纏及其高程反演
7.1 引言
7.2 三基綫相位解纏繞基本原理
7.3 基於聚類分析的三基綫相位解纏繞方法
7.3.1 三基綫的聚類分析
7.3.2 三基綫相位解纏方法
7.4 仿真數據處理
7.5 實際數據處理
7.6 小結
參考文獻

第8章 基於BP算法和時變基綫的機載InSAR數據處理
8.1 引言
8.2 傳統機載InSAR數據處理中的問題
8.2.1 波束中心近似導緻的相位誤差
8.2.2 地形高程未知導緻的相位誤差
8.2.3 相

精彩書摘

　　《機載毫米波三基綫InSAR技術》：
　　第1章 概論
　　1.1 研究意義閤成孔徑雷達SyntheticApertureRadar，SAR是20世紀50年代初提齣的一種微波成像技術，它能夠藉助平颱的運動實現長孔徑綜閤以達到對觀測區域的高分辨率成像。作為一種主動遙感設備，SAR能夠實現全天時、全天候、遠距離對地觀測［1，2］。乾涉閤成孔徑雷達（InterferometricSyntheticApertureRadar，In-SAR）［3］是在SAR的基礎上發展起來的一項遙感技術。InSAR利用兩部具有一定視角差的天綫進行成像，並對獲取的兩幅復圖像數據進行乾涉處理得到乾涉相位，經反演得到觀測區域的數字高程模型。InSAR以其獨特的三維信息獲取能力，受到瞭世界各國的高度重視，目前已發展齣雙天綫、重軌、多基綫等多種乾涉工作模式，並覆蓋P、L、C、X、Ku等多個波段，已在地形測繪、形變監測等相關領域取得瞭重要的應用成果。與激光、紅外和可見光譜段相比，毫米波段（Ka波段）的電磁波對煙塵、雲霧有較強的穿透能力，毫米波SAR具有較強的全天候、全天時對地觀測性能；由於波長較短，與厘米波段相比，毫米波SAR更易於實現超高分辨率成像，在同樣長度的交軌乾涉基綫下，毫米波InSAR也更容易實現高精度的高程測量；毫米波對地麵目標（如植被）的穿透能力遠小於厘米波，因此特彆適閤提取觀測對象的錶麵信息，並形成觀測區域的高精度數字錶麵模型（DigitalSurfaceModel，DSM）［4-8］。基於上述特點，毫米波InSAR技術及其應用已成為近年來的研究熱點，開展毫米波InSAR係統及其關鍵技術研究對提高我國InSAR技術水平具有重要意義。
　　1.2 國外研究現狀
　　1.2.1 機載毫米波SAR高分辨率毫米波SAR一般用於機載環境，國外在此領域開展研究工作較多的單位有美國Sandia實驗室和德國FGAN研究所，已形成無人機載係列産品並投入實際應用。圖1.1給齣瞭Sandia實驗室Ka波段SAR和Ku波段SAR［9］對同一場景目標的成像結果，兩個波段SAR的分辨率均為0.1m，但Ka波段圖像的細膩程度明顯優於Ku波段。圖1.1 Sandia實驗室Ka波段和Ku波段SAR圖像值得注意的是，目前已有較多的機載毫米波SAR采用瞭FMCW體製［10，11］，以使SAR係統簡化，並適用於小型無人機載體。
　　1.2.2 機載毫米波InSAR隨著毫米波SAR技術水平的不斷提高，毫米波InSAR的研製工作也取得瞭圖1.2Ka波段多基綫InSAR試驗係統MEMPHIS很大進展。2008年6月的EUSAR年會上，德國FGAN研究所報道瞭他們研製的Ka波段近程多基綫InSAR係統MEM-PHIS及其試驗結果［12］，圖1.2為其試驗係統照片，圖1.3為該係統獲得的二維圖像和對應的DSM。將該係統獲取的DSM結果和激光雷達獲取的結果進行瞭比較，高程精度達到2.26m。毫米波InSAR易於獲取觀測區域的高精度DSM的特點，使其在冰川厚度探測方麵得到應用。美國JPL實驗室在2008年研製瞭機載Ka波段InSAR係統GLISTIN，並在2009年1月結閤L波段的UAVSAR針對冰蓋錶麵和冰層厚度探測進行瞭飛行試驗，經過數據處理後，冰蓋地區DSM高程測量精度在近端為0.3m，遠端為3m［7，8］。
　　1.2.3 星載毫米波InSAR由於毫米波SAR天綫體積小、質量輕，在同等高程精度要求下所需基綫較短，因此容易實現單軌雙天綫乾涉，可避免重軌時間去相乾的問題，近兩年來星載毫米波InSAR引起瞭西方國傢的高度重視。
　　圖1.3MEMPHIS獲取的二維圖像和對應的DSM美國國傢航空航天局（NASA）為瞭實現在精確尺度上研究全球海洋和陸地水體的變化和循環，製定瞭SWOT（SurfaceWaterOceanTopography）計劃，其核心是利用大幅寬的星載Ka波段InSAR係統KaRIN獲取和監視陸地和海洋水體錶麵的高度［13］。該毫米波InSAR對水體錶麵的平麵二維分辨率隻需要達到10m量級，而高程精度則要達到厘米級。與此同時，歐洲太空局、德國宇航院也將星載毫米波InSAR列入發展計劃，並提齣瞭多個星載Ka波段InSAR係統的概念設計［14，15］。可以預見，在不遠的將來，星載毫米波InSAR也會進入實際應用階段。
　　1.3 國內研究現狀在國傢多個科技計劃的支持下，近年來我國的閤成孔徑雷達技術得到瞭長足的發展，已經研製裝備瞭多種星載、機載和無人機載SAR係統，其數據産品也獲得瞭廣泛的應用。在機載InSAR方麵，中國科學院電子學研究所研製的X波段雙天綫InSAR高程精度達到瞭0.5m，成功應用於西部1∶10000比例尺測圖。基於在機載InSAR領域堅實的技術基礎，在國傢“863”計劃的支持下，中國科學院電子學研究所在2011年研製齣我國第一個機載毫米波三基綫InSAR原理樣機，並於2011年5月在運12飛機上完成瞭飛行試驗［16］，文獻［17］和［18］給齣瞭相關的研究情況。2013年，中國航天科工集團第二研究院二十三所（23所）也研製齣瞭機載毫米波InSAR原理樣機，文獻［19］給齣瞭其飛行試驗的數據處理結果。
　　……

前言/序言

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