博士论文摘要| 许昌：IGS站点坐标时间序列噪声特性与季节性变化分析（内含两篇）

Posted 2021-05-02 测绘学报

《测绘学报》

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IGS站点坐标时间序列噪声特性与季节性变化分析

许昌     

浙江水利水电学院测绘与市政工程学院, 浙江 杭州 310018

收稿日期：2018-06-19

基金项目：国家自然科学基金(41804007)

第一作者简介：许昌(1983-), 男, 2016年6月毕业于河海大学, 获工学博士学位(指导教师:岳东杰教授), 研究方向为测绘数据处理。E-mail:[e-mail]

Noise characteristics and seasonal variations of IGS site coordinate time series

XU Chang     

Zhejiang University of Water Resources and Electric Power, Hangzhou 310018, China

First author: XU Chang(1983—), male, received his doctoral degree from Hohai University on June 2016, majors in survey data processing. E-mail:[e-mail].

分析IGS站点坐标时间序列的噪声特性、季节性变化以及地表质量负载对各坐标分量的贡献，对IGS站点坐标数据的干扰改正、测站季节性运动物理机制的研究以及地固参考框架的稳定性维护具有重要的理论意义及实用价值。本文以IGS再分析中心JPL产出的单日解坐标序列产品为研究对象，对站点坐标时间序列的数据预处理方法，噪声特性分析，地表质量负载形变模拟，站点时变季节性变化提取以及站点坐标质量负载形变修正等方面进行了研究，主要内容和结论如下：

(1) 对站点坐标时间序列异常值的探测、阶跃修复及不等间隔采样数据处理等数据后处理方法进行了研究。分析表明，阶跃及非等间隔采样数据处理对站点模型参数估计具有重要影响，基于白噪声模型的LSF估计可以估计阶跃值并进行预修复。

(2) 引入重叠Hadamard方差(OHVAR)，分析了全球50个IGS站点约10年以上的坐标时间序列。该方法可以快速探测GPS坐标时间序列中的主要幂律噪声及其时空特征，但无法有效探测长时间相关性噪声(如RW)。

(3) 研究了基于不同噪声组合MLE值显著性的站点最优噪声模型探测方法。结果表明，FL+WH(或PL+WH)可以用于描述全球大部分IGS站点的噪声特性，但部分站点存在一定的RW，需顾及不同噪声模型对站点参数估计的影响。采用不同组合时段的观测数据对站点噪声分量的时空特征进行分析，排除了观测数据长度差异是造成闪烁噪声(FL)纬度依赖性不明显的原因。

(4) 分析了非潮汐大气负载(NCEP-NATML，ERAin-NATML)、非潮汐海洋负载(ECCO-NTOL)及陆地水负载(QOCA-CWSL，LSDM-HYDL)所引起的站点形变，证实了这些负载形变之间存在一定相关性，其存在自回归(AR)过程的有色噪声。

(5) 研究了基于蒙特卡洛奇异谱分析(MCSSA)的站点坐标时变季节振荡信号提取方法。论证了AR(1)噪声进行站点周年振荡信号显著性检验存在不稳定性。通过比较噪声MLE估计值，证实了SSA提取的时变周年振荡信号会吸收有色噪声。

(6) 以PL为原假设背景噪声，对站点坐标时间序列以及质量负载形变的周期振荡信号进行了显著性检验，发现1cpy周年振荡信号相对于其他高频信号具有更显著的物理意义。

(7) 针对站点坐标周年项的时变相位，提出了小波交叉谱(XWT)的相位相似性指标，其平均相位结果与LSF提取的固定相位基本相当。该方法可以从时频域上反映坐标时间序列与质量负载周年之间的相互关系。

(8) 研究了地表质量负载对站点各坐标分量的贡献。结果表明，站点坐标时间序列周年振荡信号中不仅包含物理效应，还存在其他不确定因素的影响。探讨了河流、湖泊等水体质量负载对于IGS站点垂向季节运动的影响。从加权均方根(WRMS)、站点相关性及噪声分量变化等方面探讨了地表质量负载用于站点坐标时间序列修正的可行性。

【引文格式】许昌. IGS站点坐标时间序列噪声特性与季节性变化分析. 测绘学报，2019，48(4)：535-535. DOI: 10.11947/j.AGCS.2019.20180275

多时相极化SAR影像变化检测方法研究

赵金奇     

武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079

收稿日期：2018-06-25

基金项目：国家自然科学基金(41501382;91438203;41601355;41771377);湖北省自然科学基金(2015CFB328;2016CFB246);国家基础测绘科技计划(2016KJ0103)

第一作者简介：赵金奇(1990-), 男, 2018年6月毕业于武汉大学, 获工学博士学位(指导教师:杨杰, 李平湘, 路中教授), 研究方向为PolSAR影像处理。E-mail:[e-mail]

Research on change detection method in multi-temporal polarimetric SAR imagery

ZHAO Jinqi     

State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying, Mapping and Remote Sensing Wuhan University, Wuhan 430079, China

First author: ZHAO Jinqi (1990—), male, received his doctoral degree from Wuhan University on June 2018, majors in PolSAR image processing.E-mail:[e-mail].

变化检测是通过对同一区域的多次观测获取地表随时间变化的过程，在土地利用规划、环境资源监测、灾害应急等领域发挥了重要作用。遥感技术能够在短时间内获取地表大面积的土地覆盖信息，节省大量的人力、物力资源，成为变化检测的重要手段之一。

极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar, PolSAR)通过获取地物在多种极化状态下的散射信号，为地物解译提供了更为丰富的信息，相较于单极化SAR，在目标极化散射特性的分析、提取上有着较大的优势。随着机/星载SAR平台技术的不断发展，可利用的PolSAR数据源越来越多，然而如何充分利用极化信息进行变化检测仍是PolSAR应用的前沿问题。本文分别以星载RADARSAT-2和机载UAVSAR多时相PolSAR数据为研究对象，在充分利用极化信息的基础上，针对非监督和监督变化检测方法进行深入研究。本文内容主要包括以下几个方面：

(1) 系统总结了现有的多时相SAR影像变化检测算法，对非监督和监督变化检测进行了深入分析。分别从差异影像提取/时相SAR影像独立分类、阈值分割/对比分类结果和精度评价3个方面开展非监督/监督变化检测的研究。

(2) 在多时相SAR影像非监督变化检测差异影像提取方面，针对现有差异影像提取方法主要集中在单极化和多极化SAR、极化信息利用不充分等方面的问题，深入分析了PolSAR相对于单极化和多极化SAR在差异影像提取上的优势，在充分利用相干/协方差矩阵全部元素的基础上，发展了一种基于假设检验的全极化差异影像提取方法，提高差异影像的区分能力。试验结果表明，本文方法能够有效地提高变化和未变化区域的区分程度，在一定程度上减少了外界干扰因素的影响。

(3) 在多时相SAR影像非监督变化检测阈值分割方面，系统总结了相关自动阈值选取方法；通过对差异图的统计分布特征进行研究，提出了利用广义高斯模型对差异影像的统计分布进行模拟，在此基础上，对最小误差方法(Kittler and Illingworth, K & I)进行了改进，实现了差异影像阈值的自动提取。试验结果表明，本文提出的阈值分割方法能够提高变化检测的精度。

(4) 在多时相PolSAR影像监督变化检测方面，针对主流监督变化检测方法前后时相相关信息利用不充分、过度依赖分类精度、非监督变化检测方法不能对前后时相类别变化进行检测的问题，提出了基于相似度测度的联合分类变化检测策略。相似度测度有效利用了多时相影像的上下文/时间信息，对分类进行约束，实现了对类别变化检测的提取。试验结果表明，本文提出的方法可以利用较少的监督样本完成高精度变化检测信息的提取。

(5) 在湿地水位变化监测方面，对当前时序SAR影像湿地水位变化的检测方法进行了总结分析，针对干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术依赖时序SAR影像相干性、PolSAR技术不能检测变化程度、湿地地物较难区分的问题，首次提出联合PolSAR和InSAR技术进行大范围湿地动态变化监测。通过利用PolSAR非监督变化检测技术及InSAR相干图的先验信息对湿地变化和不变区域进行提取，并通过极化分解和同极化相位差对不变区域进行极化特征提取，确定地物的散射类型；利用InSAR相干图对PolSAR联合分类获得的类别变化结果进行验证，并通过PolSAR提取的类别变化信息与InSAR干涉图对水位升/降趋势进行估计。

【引文格式】赵金奇. 多时相极化SAR影像变化检测方法研究. 测绘学报，2019，48(4)：536-536. DOI: 10.11947/j.AGCS.2019.20180281

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