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《中国科学院研究生院(电子学研究所)》 2003年
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合成孔径雷达干涉与极化干涉技术研究

杨震  
【摘要】: 极化合成孔径雷达(PolSAR)研究电磁波的矢量特征,通过测量和分析目标的极化散射特性,获取目标的介电常数、物理特性、几何形状和取向等方面的大量信息。干涉合成孔径雷达(InSAR)利用合成孔径雷达(SAR)系统从空间分离的两个位置对同一区域成像,由相位差与路径差的关系来提取目标的高程信息,能够全天时、全天候的获取大面积、高精度三维地形数据。PolSAR和InSAR系统各有特点,是近些年SAR遥感领域内的研究热点。 极化合成孔径雷达干涉(Pol—InSAR)技术将SAR极化测量引入干涉应用,利用全极化SAR系统进行干涉测量,对极化散射矩阵进行干涉分析。Pol-InSAR结合了极化测量和干涉测量的特点,可以同时把目标的精细物理特征与空间分布特性结合起来,并提取它们之间的相互关系。极化干涉测量不仅能够提高常规SAR干涉测量的精度,而且有助于更好的理解目标的散射机理和所发生的散射过程。1997年S.R.Cloude和K.P.Papathanassiou首次提出极化干涉的概念,引发了世界各国SAR遥感领域中大批学者的广泛研究。目前极化干涉技术已经发展成为SAR研究中的又一热点。Pol-InSAR技术具有常规SAR极化和SAR干涉都无法比拟的特点,有着广阔的应用前景和研究价值。 本论文主要对SAR干涉和极化干涉技术进行研究。在介绍SAR极化和SAR干涉的基本理论之后,对InSAR的系统特性进行深入全面的分析和讨论。在对干涉相位的研究中,详细推导了条纹波数、临界基线、模糊高度、距离向最大可测坡度、频移、平地相位等参数,并分析了这些参数的物理意义。论文还深入研究影响InSAR系统相关性的因素,分析了噪声、体散射、基线(几何)、象素失配、时间、轨道不平行等去相关源对相关性的影响。在对影响InSAR系统高程测量误差的主要因素进行分析的基础上,论文给出对视角、基线倾角、系统带宽、基线长度等干涉系统参数进行优选的简单有效方法,并用ERS-1的参数进行分析。对干涉SAR系统特性进行深入的研究,力图全面了解和掌握影响InSAR系统性能的主要因素,以期对我国InSAR系统的设计、实现有所帮助。论文提出用小卫星编队飞行实现全球三维成像的几种方案,并对一种三星方案的系统参数进行了详细的分析和选择。对用小卫星编队飞行进行全球地形三维测量方法进行初步研究,希望能对我国天基综合信息网方面的研究有一定的参考价值。论文还简单介绍了SAR干涉数据的处理流程和方法,并给出Etna火山口处数据处理的结果。 在深入研究干涉技术的基础上,论文介绍了Pol-InSAR测量的基本原理,用SIR-C的实测数据进行了实验研究,并对实验结果给出详细的分析和讨论。最后,论文研究极化干涉在SAR图象地物分类中的应用,给出极化干涉非监督Wishart 分类算法及其处理步骤,并对实验结果进行分析。提出多波段数据的极化干涉非 监督们 shart分类算法,并对实验数据进行处理。发现在用极化干涉非监督 Wishart方法进行分类时,由于干涉条纹的存在而影响分类结果,分析这一问题 出现的原因,并提出了几种可行的处理方法。极化干涉技术是近几年发展起来的 新兴技术,开展这方面的研究有一定前瞻性,对及时深入跟踪国际先进技术具有 积极意义。 论文的创新工作主要表现在以下几个方面: 门)在对影响InSAR系统相关性因素的分析中,首次推导了轨道间有夹角时相 关系数的表达式,并分析和讨论轨道不平行对InSAR系统相关性的影响; 在 InSAR系统设计方面,提出优化选择视角、基线倾角、系统带宽和基线 长度等参数的一种简单有效方法,并用ERSl参数进行分析; (2)提出用小卫星编队飞行实现全球三维成像干涉测量的几种方案,并对一种 三星方案进行设计,对几个系统参数进行详细分析和选取; (3)对SAR数据极化干涉处理的理论和方法进行全面深入的总结和实验研究, 给出极化干涉方法处理实验数据的具体步骤,对实验结果进行详细分析、 讨论,并给出本人对该方法实际物理意义的理解;分析和讨论了基线对极 化干涉处理结果的影响; (4)对极化干涉非监督 Wi shart ML分类算法进行实验研究,给出该算法的数 据处理方法,并对实验结果进行详细分析讨论;发现由于干涉条纹的存在, 在用极化干涉非监督Wishart ML方法处理数据时,有些情况下不能得到 正确的分类结果。分析何种情况下会出现这一问题,以及该问题出现的原 因,并提出了几种可行的处理方法;提出多波段SAR数据的极化干涉非监 督Wishart ML分类算法,给出该算法的具体实现方法,并对实验数据进 行处理。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(电子学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TN958

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张腊梅;L波段PolInSAR图像地表参数反演方法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
【参考文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 戴博伟;多极化合成孔径雷达系统与极化信息处理研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
【共引文献】
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1 戴博伟;多极化合成孔径雷达系统与极化信息处理研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
2 齐向阳;极化合成孔径雷达的模拟研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
3 李新武;极化干涉SAR信息提取方法及其应用研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
4 梁淮宁;全极化SAR地形高度测量技术研究[D];电子科技大学;2001年
5 王睿;星载合成孔径雷达系统设计与模拟软件研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2003年
6 付耀文;雷达目标融合识别研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
7 孙真真;基于光学区雷达目标二维像的目标散射特征提取的理论及方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2001年
8 杨俊;高频地波雷达干扰抑制方法研究[D];武汉大学;2004年
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1 姚世超;合成孔径雷达原始数据压缩算法研究[D];中国科学院电子学研究所;2001年
2 马学文;雨杂波中目标的最佳极化特性研究[D];西安电子科技大学;2001年
3 王兰美;雪杂波中目标的极化特性分析[D];西安电子科技大学;2002年
4 陈小英;极化SAR干涉测量地形参数方法研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2002年
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6 王芳;雨杂波中目标的极化滤波增强[D];西安电子科技大学;2004年
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10 周学军;雨杂波中目标的极化特性分析[D];西安电子科技大学;2005年
【同被引文献】
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9 肖顺平,郭桂蓉,庄钊文,王雪松;基于含参最小二乘估计曲线拟合的极化雷达目标识别方法[J];电子学报;1997年03期
10 徐振海,王雪松,周颖,汪连栋,肖顺平,庄钊文;基于PWF融合的高分辨极化雷达目标检测算法[J];电子学报;2001年12期
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1 梁淮宁;全极化SAR地形高度测量技术研究[D];电子科技大学;2001年
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7 戴博伟;多极化合成孔径雷达系统与极化信息处理研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
8 王磊;干涉合成孔径雷达信号处理的研究[D];中国科学院电子学研究所;2001年
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10 李新武;极化干涉SAR信息提取方法及其应用研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
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1 韩昭颖;多极化合成孔径雷达图像目标检测研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2005年
2 陈小英;极化SAR干涉测量地形参数方法研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2002年
3 张腊梅;L波段PolInSAR图像地表参数反演方法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
4 杨同敏;植被电磁散射的半空间模型分析[D];西安电子科技大学;2007年
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10 方舟正;合成孔径聚焦超声成像系统的实验研究[D];南京航空航天大学;2003年
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