基于Matlab的地基SAR数据后处理.pdf
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1、 TECHNOLOGY AND INFORMATION信息化技术应用34 科学与信息化2023年9月下基于Matlab的地基SAR数据后处理马金玉1 黄梦玲21.信阳市江淮水利水电工程建设监理站 河南 信阳 464000;2.信阳市水利勘测设计院 河南 信阳 464000摘 要 针对地基SAR在变形监测工程应用中存在的雷达视线受扰而导致监测数据失真的问题,本文基于Matlab软件采用稳健的Lowess方法对地基SAR形变信号离群值进行滤波处理,削弱了雷达信号受扰所引入的误差,并将处理后的形变结果与高精度全站仪同名点监测结果进行对比分析。结果表明:基于Matlab的地基SAR形变信号滤波很好地修
2、正了失真信号的影响,且地基SAR相较于高精度全站仪有着高精度、连续、直观、大范围等优势。关键词 地基SAR;变形监测;Matlab;离群值;滤波Ground-based SAR Data Post-processing Based on MatlabMa Jin-yu1,Huang Meng-ling21.Xinyang City Jianghuai Water Conservancy and Hydropower Engineering Construction Supervision Station,Xinyang 464000,Henan Province,China;2.Xinyang
3、 Water Conservancy Survey and Design Institute,Xinyang 464000,Henan Province,ChinaAbstract Aimingattheproblemofmonitoringdatadistortioncausedbyradarsightdisturbanceintheapplicationofground-basedSARindeformationmonitoringengineering,thispaperusesarobustLowessmethodbasedonMatlabsoftwareforfilteringthe
4、outliersofground-basedSARdeformationsignal,weakenstheerrorintroducedbyradarsignaldisturbance,andcomparesandanalyzestheprocesseddeformationresultwiththemonitoringresultsofthehomonymypointsofthehigh-precisiontotalstation.Theresultsshowthatthedeformationsignalfilteringofground-basedSARbasedonMatlabcanw
5、ellcorrecttheinfluenceofdistortionsignal,andground-basedSARhastheadvantagesofhighprecision,continuous,intuitiveand large range compared with high-precision total station.Key words ground-basedSAR;deformationmonitoring;Matlab;outliers;filtering引言近年来,随着星载InSAR技术的逐步发展与完善,雷达干涉测量技术由高空逐步延伸至陆地,形成了一项新的地表形变监
6、测技术。相较于星载InSAR,地基SAR虽然不能够提供更大范围的区域形变监测,但分别在采集频率、监测周期、观测视角及观测精度等方面提供了更多的可行性1-2。地基SAR是一种基于雷达的地面遥感成像系统,它由一个发射和接收微波脉冲的雷达传感器组成,当传感器沿固定轨道重复移动时便可利用合成孔径雷达技术实现成像能力3。导轨的长度决定了采集图像的方位分辨率,导轨越长方位向分辨率越高。通过使用干涉测量技术,可以利用相位测量来获得观测场景的形变和地形信息。地基SAR干涉测量技术主要应用于变形监测,它对微小变形的高灵敏度、全天候、远距离测量(长达数公里)和大范围成像能力都是地基SAR系统与其他现有地表变形测量
7、技术互补的特征。自第一篇关于地基SAR用于变形监测的论文以来,该技术在各项变形监测领域逐步得到扩展,按应用类型和监测类型可分为C-GBSAR(连续地基SAR)或D-GBSAR(非连续地基SAR)两大类应用系统。在露天矿中应用最广泛的是C-GBSAR边坡监测,并在系统和数据处理层面都经历了强劲的发展,提供了一种可操作的早期预警工具4,每隔几分钟测量数千个点并检测小的局部变化能力是该应用的基础。监测不同现象的失稳边坡,如岩滑5、滑坡6和火山7是地基SAR的另一个主要应用。地基SAR的其他重要应用包括城市监测8、结构监测9、大坝监测10和堤防监测11等方面。除了高时空采样能力外,地基SAR在城市和结
8、构监测方面的一个主要优势是能够远程探测小位移。在城市和结构监测中,地基SAR数据的优化利用需要对实测点进行精确的地理编码。地基SAR也提供了一种可靠的工具来测量在远距离和高分辨率下发生在冰川体内的相对位移12。本文以地基SAR施工地铁边坡监测工程应用为例,采用地基SAR数据处理软件与Matlab软件相结合的方法削 TECHNOLOGY AND INFORMATION信息化技术应用科学与信息化2023年9月下 35弱雷达信号受扰的影响,并结合高精度全站仪观测结果对地基SAR监测精度与边坡状况进行了分析。1 边坡变形监测1.1 数据预处理本次地铁边坡监测同步采集了地基SAR与高精度全站仪数据,地基
9、SAR与全站仪的采集频率分别设置为10min与2h,观测时常为36h,并分别获取216景地基SAR影像与19组同名点全站仪位移数据。通过SAR影像的聚焦、干涉处理、相干像素选择、相位噪声滤波、相位解缠及大气效应改正等一系列SAR处理便得到图1所示的边坡整体LOS向(雷达视线向)累计位移图。其中,T1T4为布设在边坡表面的角反射器,在增加场景反射强度与减少失相干的同时也提供了两套测量方案的同名观测点。可以看出在雷达视角范围内的水泥边坡具有较强的反射强度,整体位移图直观地反映了边坡各区域的位移情况,有远离也有靠近雷达的形变发生,总的范围在(-16mm,16mm)区间。为具体分析边坡在监测期间的变化
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