【摘要】：合成孔径雷达差分层析(Differential Synthetic Aperture Radar Tomography,D-TomoSAR)技术是近年发展起来的一项新的空间对地观测技术,它可进行高精度多维成像获得地表的高程以及形变信息。目前,该技术已在地质灾害预警、地球物理参数反演以及城市规划等领域得到了广泛的应用。与此同时,当前星载SAR系统正朝着多平台、多模式、高空间分辨和高重访率方向发展,这为DTomoSAR理论的深入研究及其应用扩展提供了很好的机会。本文以星载多平台SAR的一种最简单形式——星载双基SAR为背景,针对其在进行D-TomoSAR多维成像时所面临的重点与难点问题展开研究。在星载双基SAR高分辨二维成像、不同形变情形下形变参数的求解以及地表三维形变参数的估计等方面提出了新的解决思路与处理算法,为促进多平台SAR实现多维成像以及推动DTomoSAR的进一步实际应用提供了理论基础。本文的主要工作及创新点如下:1.针对长合成孔径时间下星载双基SAR的高分辨二维成像问题,提出一种基于SAR平台与地面目标相对运动状态的高阶距离模型,用于精确描述长合成孔径时间下星载双基SAR与地面目标之间的斜距历程。通过分析SAR回波信号的二维空变特性,提出一种带有残余多普勒中心空变性校正的扩展方位非线性变标算法用于星载双基SAR的高分辨二维成像,为后续进行星载双基SAR的多维成像奠定基础。2.将高分辨率X波段的SAR数据用于D-TomoSAR系统中可以提高地表形变监测精度,然而高频率数据的使用会增加系统对地面微小形变的敏感度,导致监测到的地表实际形变情形与传统所假设的线性形变模型不匹配,造成形变估计结果不准确。因此,本文首先对地表微小形变的其中一种形式——地表加速/减速形变趋势展开研究,提出一种扩展D-TomoSAR信号模型。通过分析所提信号模型的特点,将D-TomoSAR多维成像处理过程转换为一个二维多项式相位信号(Two Dimension Polynomial Phase Signals,2-D PPS)参数估计问题。考虑到D-TomoSAR信号本身特有的非均匀欠采样特性,提出将RELAX算法引入二维乘积型高阶模糊函数法中,用以实现地表高程以及形变加速/减速趋势的估计。与传统基于压缩感知的求解方法相比,所提算法具有较小的运算复杂度。3.除了地表的加速/减速形变趋势这一种微小形变以外,场景中钢结构建筑物因温度变化产生的热膨胀效应导致的季节性形变也是一个不可忽略的微小形变成分。因此,本文在上述研究基础上又针对散射体存在的季节性形变情形展开研究,提出一种广义D-TomoSAR信号模型。通过分析所提信号模型的特点,将形变参数的求解过程转换为对二维正弦-多项式混合调频信号进行参数估计的问题。因此,本文借鉴准最大似然原理提出一种基于稀疏时频重建的混合调频信号参数估计算法用于对多种形变参数进行估计。与传统基于压缩感知的求解方法相比,所提算法具有较低的信噪比门限以及较小的运算复杂度。4.利用传统D-TomoSAR技术进行地表形变监测时只能得到目标沿雷达视线向的形变参数,无法准确描述地表的真实形变情形。针对这个问题,本文在以上研究基础上,对地表三维(东-西、南-北、上-下)形变参数的求解进行了深入的研究。针对当前传统几何分解方法进行三维形变参数求解时南-北向形变估计误差太大的问题,本文将星载双基SAR成像斜视角引入传统D-TomoSAR信号模型中,建立了地表三维形变参数与SAR影像相位之间的关系,提出一种改进D-TomoSAR信号模型。通过分析所提信号模型的特点,提出利用2-D PPS相位系数估计算法对地表进行等精度三维形变参数估计。与传统几何分解方法相比,所提算法降低了所需的数据量,并且不需要改变当前卫星的运行轨道就能实现地表南-北向形变估计精度的改善,为等精度三维形变参数求解提供了一种新的解决思路。
【图文】：
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图 1-2 Cartwheel 构型与 Pendulum 构型[25]Fig. 1-2 Configuration diagram of Cartwheel and Pendulum[25]拿大 Radarsat 星座[26] 年由加拿大开发的 Radarsat-2 卫星成功发射，该系统为 C 波束模式下其成像分辨率可以得到 1m，并且其特殊的左视成成像模式基础上对南极地区进行成像，为极地研究提供了大RadarSat-2 的基础上，加拿大宇航局计划在 2019 年发射一颗 RadarSat-2 和另一颗在轨卫星形成卫星星座，三颗卫星将同一轨道上均匀分布，通过这种方式减小对地观测的重访周应用是进行海洋探测，包括：冰川、石油污染以及船舶运动以及生态系统监测，包括湿地、林场、农田的变化监测等。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN957.52
【参考文献】
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本文编号：
2683499
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