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“学习型”干涉SAR单/多基线相位解缠方法研究

批准号:
42071438
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
周立凡
依托单位:
学科分类:
测量与地图学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周立凡

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
InSAR技术已被广泛应用于地面高程信息获取和地质灾害形变探测中。相位解缠是InSAR中的关键步骤直接关系到地表高程或形变提取的精度。然而,单基线相位解缠无法突破相位连续性假设和多基线相位解缠噪声鲁棒性差的两大难题,已经成为制约InSAR获取地面高程或形变信息的关键因素。随着国内外SAR卫星的迅猛发展,更多的InSAR数据为“学习型”相位解缠算法设计提供可能。本项目将深度卷积神经网络(DCNN)引入相位解缠,通过构建基于InSAR成像机理的干涉图数据集,将单基线相位解缠问题转换成DCNN可学的相位模糊数分类问题,建立面向相位模糊数分类的DCNN,利用数据驱动突破相位连续性假设;将多基线相位解缠问题转换成DCNN可学的截距项分类问题,建立面向截距项分类的DCNN,利用特征抽象能力增强算法的噪声鲁棒性。本项目的研究成果将为国产SAR卫星进行复杂地形测绘和地质灾害形变监测提供可靠的相位解缠方案。
英文摘要
InSAR technology has been widely applied to digital elevation model (DEM) generation and geo-hazard deformation analysis. Phase unwrapping (PU) is one of the key procedures in InSAR, which is directly related to the accuracy of the DEM estimation and deformation monitoring. However, single-baseline PU cannot violate the phase continuity assumption and multibaseline PU suffers poor noise robustness, which have become two key factors restricting the performance of the InSAR product. With the rapid development of domestic and foreign SAR satellites, more and more InSAR datasets make it is possible for transforming the model-based PU algorithm into the learning algorithm. This project will abridge the gap between deep learning and PU by introducing deep convolutional neural networks (DCNN) into the field of PU. To be specific, a massive datasets of interferograms based on InSAR mechanism will be established. Then, the single-baseline PU problem will be transformed into the ambiguity classification problem, and the DCNN used for ambiguity classification will be designed to break through the limitation of the phase continuity assumption due to its data-driven methodology. Also, the multibaseline PU problem will be transformed into the intercept classification problem, and the DCNN used for intercept classification will be designed to enhance the noise robustness owning to its feature generalization ability. The results of this project will provide reliable PU solutions to complex terrain mapping and geo-hazard deformation monitoring, especially for domestic SAR satellites.
本项目旨在突破传统InSAR单基线相位解缠方法在复杂地形和高噪声环境下受相位连续性假设限制及多基线相位解缠方法噪声鲁棒性不足的问题,依托深度学习技术构建了一整套“学习型”数据驱动的InSAR相位解缠体系。研究主要从四个方面展开:首先,在数据集构建方面,项目先后设计了模拟相位解缠数据集、基于30米分辨率SRTM DEM生成的InSAR-DLPU大规模数据集以及基于真实SAR数据(如TerraSAR-X和ALOS PALSAR)的数据集,为深度学习模型提供了丰富且真实的训练和验证样本,极大推动了基于深度学习的相位解缠技术研究;其次,在单基线相位解缠方面,项目开发了多种基于深度卷积神经网络的解缠方法,其中,BCNet通过自适应学习最优枝切线连接规则,解决了传统0范数/1范数优化模型的NP难问题,并将解缠时间缩短至传统方法的三分之一;PU-GAN采用条件对抗生成网络将相位解缠视为图像转换问题,有效提高了缠绕条纹一致性与低相干区解缠精度;PG-BCNet则联合相位梯度估计与枝切线布设步骤,进一步突破了相位连续性假设,同时,针对相位噪声和滤波问题,PDNet与FringeNet分别通过轻量化网络和概率密度函数学习实现了高精度相位去噪与滤波,其中FringeNet在保持条纹一致性与细节方面表现尤为出色;第三,在多基线相位解缠方面,项目提出了CANet、PDF2HD和MDD-PU等方法,其中CANet利用非监督DCNN实现截距项聚类,其计算时间仅为传统TSPA方法的三分之一;PDF2HD基于相位概率密度函数学习有效抑制噪声干扰;MDD-PU则构建了全新数学框架,通过联合估计地形与形变信息显著提升了解缠精度与实用性;在具体应用分析方面,凭借多项深度学习相位解缠的原创性工作,本项目撰写的综述论文受邀发表于IEEE GRSM并荣登封面。项目还探索了与传统滤波方法结合的BCNet-InSAR-BM3D方案和融合模型驱动思想的MoDL-PU方法,进一步拓宽了相位解缠技术的应用范围。综上所述,本项目不仅构建了多层次、全方位的InSAR相位解缠数据集与高效深度学习模型,而且在精度、速度和鲁棒性等关键指标上取得了显著突破,为地形重建和形变监测等应用提供了坚实技术支撑,具有重要的科学意义和广泛的工程应用价值。
基于人工智能的无人机图像目标识别、语义分割以及变化检测应用研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    周立凡
  • 依托单位:
国内基金
海外基金