基于多平台InSAR的高寒山区变化检测

论文总字数：21198字

摘 要

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）与传统光学传感器相比具备大面积、全天时、全天候数据获取能力等特点，引起了国内外学者的广泛关注和研究，在很多领域都得到了应用。其中，利用SAR影像进行变化检测是雷达遥感领域的一个研究热点。

雷达干涉测量（Synthetic Aperture Radar Interferometry，InSAR）技术自上世纪70年代诞生以来，得到了快速的发展，近年来已有学者利用SAR影像相干性和强度特性进行变化检测研究。目前，SAR/InSAR技术在平原地区的应用已经逐渐成熟，但在高寒山区的应用还存在一定的困难。本文将以青藏高原两对TerraSAR-X影像对为实验数据，利用SAR影像特点进行该地区的变化检测。

本文的主要工作包括：从基础理论知识和研究现状等方面对SAR影像变化检测进行综述；对TerraSAR-X数据数据进行预处理；分别运用图像差值法、图像比值法、改进比值方法使用图像处理软件对SAR数据进行变化检测实验；对数据进行干涉实验获得两对数据的相干性图像，为变化检测提供辅助信息。经过比较和分析，实验结果表明：就此次实验数据而言，改进比值方法得到的结果精度要优于一般的基于代数的方法，验证了该方法适用于高寒山区的土地覆盖变化检测，而InSAR方法产生相干图像也对变化检测具有参考意义。

关键词：合成孔径雷达，变化检测，图像差值法，图像比值法，改进比值法，相干性

LAND COVER CHANGE DETECTION OF ALPINE MOUTAINOUS REGION BASED ON MULTI-TEMPORAL SAR IMAGERY

Abstract

SAR (Synthetic Aperture Radar) has the ability of large area, day and night, all-weather data acquisition compared with the traditional optical sensors, which was broadly applied in almost every field of economy and society sustainable development. The change detection of SAR images is a research hotspot in the field of radar remote sensing.

Since 1970s, InSAR technique has developed rapidly. And now we can use the coherence and intensity characteristics of SAR data to analyze change detection. The SAR and InSAR technology are now widely applied in the Plain region. But there are still many difficulties in the application of alpine mountainous area. In this paper, two pairs of TerraSAR-X data of Qinghai Tibet Plateau are chosen as experimental data, according to its characteristics, to apply change detection.

The main work of this paper includes: summarizing the change detection technique from the basic theoretical knowledge and research status; analyzing the characteristics of TerraSAR-X data and preprocessing the experimental data; using Difference method, Ratio method and Modified ratio method to do the change detection experiments of the image data by the image processing software. The coherence of experiments images provides supplementary information to the change detection. After comparison and analysis, results show that: The accuracy of the results using Modified ratio method is superior to the general algebra based method. The method is suitable for the detection of land cover changes in the alpine mountainous area. The InSAR method has the reference value for the generation of the coherent images and the change detection.

KEY WORDS: SAR, Change detection, Difference method, Ratio method, Modified ratio method, Coherence

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究思路与技术路线 2

1.3.1 研究内容 2

1.3.2技术路线 2

1.4 论文内容安排 3

1.5 本章小结 4

第二章 合成孔径雷达工作原理 5

2.1 真实孔径雷达侧视成像 5

2.2 合成孔径雷达成像原理 7

2.3 SAR影像基本特征 7

2.4 InSAR技术 8

2.4.1 InSAR技术概况 8

2.4.2 InSAR技术原理 8

2.5 本章小结 8

第三章 研究区数据概况与数据预处理 9

3.1 研究区数据 9

3.1.1研究区概况 9

3.1.2研究区数据资料 9

3.2 SAR数据预处理 10

3.2.1 数据导入 10

3.2.2 基线处理 10

3.2.3 图像裁剪 11

3.2.4 图像配准 11

3.2.5 多视处理 11

3.2.6 图像滤波 12

3.3 本章小结 12

第四章 基于代数运算的变化检测方法 13

4.1 图像差值法 13

4.2 图像比值法 13

4.3 图像差值改进方法 13

4.4 实验处理 14

4.5 检测结果精度评价^[11] 14

4.5.1 误差矩阵 15

4.5.2 Kappa系数 15

4.5.3 实验变化检测结果评估[12] 16

4.6 实验中存在的问题 18

4.7 本章小结 18

第五章 InSAR技术 19

5.1 实验处理 19

5.5.1 干涉图生成 19

5.1.2 自适应滤波及相干性计算 19

5.2 实验数据分析 20

5.3 实验欠缺与不足 20

5.4 本章小结 20

第六章 结论与展望 22

6.1 结论 22

6.2 展望 22

致 谢 23

参考文献（References） 24

1. 绪 论

1.1 研究背景和意义

随着遥感技术的发展，遥感影像数据的来源也越来越多元化。早期的光学影像作业时间和覆盖面都受到一定限制，且极易受到天气等方面的影响。与之相比，合成孔径雷达（SAR）作为一种工作在微波波段的主动式成像雷达，具备大面积、全天时、全天候数据获取能力，尤其适用于传统光学传感器成像困难地区，如热带雨林、地球两极以及多云多雨地区等。SAR的成像方式和机理与光学传感器不同，它能够提供地物关于幅度、相位、频率和极化等完整电磁波参数在内的丰富信息，已成为对地观测领域不可或缺的传感器。近几十年来，许多国家相继发射了新型雷达卫星，为雷达遥感领域的发展提供了丰富的数据源，促进了SAR成像技术和信息处理技术的长足发展。

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