一种基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法技术

本发明专利技术涉及干涉信息提取技术与遥感图像处理技术领域，特别涉及一种基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法，包括：对同一包括湖泊与陆地区域的两次观测数据分别处理；通过分析两次观测的两通道相干系数图像、区域高程图像和后向散射系数图像，初选出陆地稳定散射体，进一步筛选出两次观测的陆地稳定散射体的高相干部分，获得两次观测陆地稳定散射体的测量高程偏差值；通过陆地稳定散射体的测量高程偏差值标定湖泊高程偏差值，最后经统计分析获得两次观测的湖泊水位变化。本发明专利技术实现了对湖泊水位变化提取，提高了湖泊水位变化的提取精度，有利于开展对湖泊水位监测的推广应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法


[0001]本专利技术涉及干涉信息提取技术与遥感图像处理
，特别涉及一种基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法。

技术介绍

[0002]湖泊水位是湖泊变化的重要表征，水位的上升或下降反映着气候的变化及人类活动的影响，因此，水位变化的监测对于人类的生产生活具有重要意义。传统湖泊监测主要利用水文站来获取湖泊水位信息，而卫星测高技术作为一种全新的遥感监测技术，因其具有快速、全天候观测的特点，能够对全球范围内的湖泊水位监测，在一定程度上弥补了传统地面观测数据匮乏的现状。由中国科学院国家空间科学中心研制的干涉成像高度计(InIRA)采用小入射角(1～8
°
)和短基线(B/H≈5e
‑
6～1e
‑
5，B为基线长度，H为轨道高度)干涉模式，于2016年9月15日随天宫二号空间实验室发射升空。天宫二号干涉成像高度计是一种新型雷达高度计，可实现远比传统高度计宽的观测刈幅和更高的空间分辨率，具备对海平面高度和陆表水体高度(较大的江河湖泊)的测量能力，同时由于其采用海陆兼容的高度跟踪技术，也具备了对水体和陆地高程同时测量的能力。
[0003]虽然近年来，传统卫星雷达高度计(入射角为0
°
)在内陆水域方面开展了研究，但由于其刈幅较窄，星下点分布稀疏，空间分辨率也较低，对内陆水域的覆盖有限，提取的内陆水位变化精度低，并且通常干涉合成孔径雷达(SAR)入射角一般在20
°
～60/>°
，主要用于陆地高程测量，不适用于水域高程测量。干涉成像高度计采用了小入射角和短基线干涉模式，可以同时获取水体和陆地的三维图像，为高精度内陆水位变化的提取提供了潜在优势，但是目前并没有基于干涉成像高度计特点的利用陆地稳定散射体标定内陆水位变化的提取方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，克服传统雷达高度计在湖泊水位变化监测技术中无法使用陆地稳定散射体对水位变化测量进行标定，从而导致提取的内陆水位变化精度低的缺陷，从而提供一种基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案所提供的一种基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1)通过星载干涉成像高度计对包括湖泊与陆地的同一观测区域进行两次观测，获得两次观测数据；分别对所述两次观测数据进行处理，获得与第一次所述观测数据对应的第一两通道相干系数图像、第一湖泊与陆地高程图像和第一后向散射系数σ0图像，并获得与第二次所述观测数据对应的第二两通道相干系数图像、第二湖泊与陆地高程图像和第二后向散射系数σ0图像；基于所述观测区域的陆地特征，初选出第一陆地稳定散射体和对应的第二陆地稳定散射体；
[0007]步骤2)分别对所述第一和第二后向散射系数σ0图像，基于经纬度，进行区域匹配，
并通过双阈值法，采用所述第一后向散射系数σ0图像、第二后向散射系数σ0图像和两幅后向散射系数σ0图像之间的相干系数ρ
σ
，进一步筛选出所述第一陆地稳定散射体的高相干部分和所述第二陆地稳定散射体的高相干部分；
[0008]步骤3)计算所述第一陆地稳定散射体的高相干部分和所述第二陆地稳定散射体的高相干部分中对应点高程值之间的陆地稳定散射体高程差值，并对所述陆地稳定散射体高程差值进行统计分析，获得所述两次观测之间的陆地稳定散射体的测量高程偏差值Δh，作为步骤5)提取湖泊水位变化的标定值；
[0009]步骤4)分别在所述第一和第二两通道相干系数图像中提取相应的第一湖泊掩模二值图像和第二湖泊掩模二值图像；并通过所述第一湖泊掩模二值图像与所述第一湖泊与陆地高程图像相乘，得到第一湖泊高程图像，通过所述第二湖泊掩模二值图像与所述第二湖泊与陆地高程图像相乘，得到第二湖泊高程图像；
[0010]步骤5)基于所述步骤3)获得的陆地稳定散射体的测量高程偏差值Δh，标定所述第一湖泊高程图像中的第一湖泊高程观测值；并通过标定后的所述第一湖泊高程观测值与所述第二湖泊高程图像中的第二湖泊高程观测值计算获得标定后的湖泊高程偏差值；最后经统计分析，获得所述两次观测之间的湖泊水位变化Δh_lake。
[0011]作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体包括：
[0012]步骤1
‑
1)通过星载干涉成像高度计对包括湖泊与陆地的同一区域进行两次观测，以获得两次观测数据；分别对所述两次观测数据进行处理，以获得与所述第一次观测数据对应的第一两通道复图像和与所述第二次观测数据对应的两通道复图像；分别对第一和第二两通道复图像进行配准；
[0013]步骤1
‑
2)通过所述第一和第二两通道复图像，分别计算配准后的所述第一两通道复图像的第一相干系数和配准后的所述第二两通道复图像的第二相干系数，以获得与所述第一次观测数据对应的第一两通道相干系数图像和第一后向散射系数σ0图像以及与所述第二次观测数据对应的第二两通道相干系数图像和第二后向散射系数σ0图像；
[0014]步骤1
‑
3)通过分别对配准后的所述第一和第二两通道复图像进行干涉，获得第一两通道干涉相位和第二两通道干涉相位；
[0015]步骤1
‑
4)通过分别对所述第一和第二两通道干涉相位依次进行去地平、相位解缠和基线参数估计处理，反演得到包括湖泊与陆地的所述观测区域的第一湖泊与陆地高程图像和第二湖泊与陆地高程图像；
[0016]步骤1
‑
5)；通过分析所述观测区域的陆地特征，初选出第一陆地稳定散射体和对应的第二陆地稳定散射体。
[0017]作为上述方法的一种改进，所述第一陆地稳定散射体和第二陆地稳定散射体包括：人工建筑物，并且所述第一陆地稳定散射体和第二陆地稳定散射体在研究时间段内的物理特性未发生较大的变化，其中，所述物理特性包括：位置和形态。
[0018]作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体包括：
[0019]步骤2
‑
1)分别对所述第一和第二后向散射系数σ0图像，基于经纬度，进行区域匹配；
[0020]步骤2
‑
2)获得区域匹配后的所述第一和第二后向散射系数σ0图像之间的相干系数ρ
σ
：
[0021][0022]其中，I1和I2分别为区域匹配后的第一和第二后向散射系数σ0图像，E()是集平均运算符，表示在像素的邻域进行均值计算；
[0023]步骤2
‑
3)通过双阈值法，采用所述第一后向散射系数σ0图像、第二后向散射系数σ0图像和两幅后向散射系数σ0图像之间的相干系数ρ
σ
，进一步筛选出所述第一陆地稳定散射体的高相干部分和所述第二陆地稳定散射体的高相干部分。
[0024]作为上述方法的一种改进，所述步骤3)具体包括：
[0025]步骤3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1)通过星载干涉成像高度计对包括湖泊与陆地的同一观测区域进行两次观测，获得两次观测数据；分别对所述两次观测数据进行处理，获得与第一次所述观测数据对应的第一两通道相干系数图像、第一湖泊与陆地高程图像和第一后向散射系数σ0图像，并获得与第二次所述观测数据对应的第二两通道相干系数图像、第二湖泊与陆地高程图像和第二后向散射系数σ0图像；基于所述观测区域的陆地特征，初选出第一陆地稳定散射体和对应的第二陆地稳定散射体；步骤2)分别对所述第一和第二后向散射系数σ0图像，基于经纬度，进行区域匹配，并通过双阈值法，采用所述第一后向散射系数σ0图像、第二后向散射系数σ0图像和两幅后向散射系数σ0图像之间的相干系数ρ
σ
，进一步筛选出所述第一陆地稳定散射体的高相干部分和所述第二陆地稳定散射体的高相干部分；步骤3)计算所述第一陆地稳定散射体的高相干部分和所述第二陆地稳定散射体的高相干部分中对应点高程值之间的陆地稳定散射体高程差值，并对所述陆地稳定散射体高程差值进行统计分析，获得所述两次观测之间的陆地稳定散射体的测量高程偏差值Δh，作为步骤5)提取湖泊水位变化的标定值；步骤4)分别在所述第一和第二两通道相干系数图像中提取相应的第一湖泊掩模二值图像和第二湖泊掩模二值图像；并通过所述第一湖泊掩模二值图像与所述第一湖泊与陆地高程图像相乘，得到第一湖泊高程图像，通过所述第二湖泊掩模二值图像与所述第二湖泊与陆地高程图像相乘，得到第二湖泊高程图像；步骤5)基于所述步骤3)获得的陆地稳定散射体的测量高程偏差值Δh，标定所述第一湖泊高程图像中的第一湖泊高程观测值；并通过标定后的所述第一湖泊高程观测值与所述第二湖泊高程图像中的第二湖泊高程观测值计算获得标定后的湖泊高程偏差值；最后经统计分析，获得所述两次观测之间的湖泊水位变化Δh_lake。2.根据权利要求1所述的基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：步骤1
‑
1)通过星载干涉成像高度计对包括湖泊与陆地的同一区域进行两次观测，以获得两次观测数据；分别对所述两次观测数据进行处理，以获得与所述第一次观测数据对应的第一两通道复图像和与所述第二次观测数据对应的两通道复图像；分别对第一和第二两通道复图像进行配准；步骤1
‑
2)通过所述第一和第二两通道复图像，分别计算配准后的所述第一两通道复图像的第一相干系数和配准后的所述第二两通道复图像的第二相干系数，以获得与所述第一次观测数据对应的第一两通道相干系数图像和第一后向散射系数σ0图像以及与所述第二次观测数据对应的第二两通道相干系数图像和第二后向散射系数σ0图像；步骤1
‑
3)通过分别对配准后的所述第一和第二两通道复图像进行干涉，获得第一两通道干涉相位和第二两通道干涉相位；步骤1
‑
4)通过分别对所述第一和第二两通道干涉相位依次进行去地平、相位解缠和基线参数估计处理，反演得到包括湖泊与陆地的所述观测区域的第一湖泊与陆地高程图像和第二湖泊与陆地高程图像；
步骤1
‑
5)；通过分析所述观测区域的陆地特征，初选出第一陆地稳定散射体和对应的第二陆地稳定散射体。3.根据权利要求1所述的基于星载干涉成像高度计的湖泊水位变化的提取方法，其特征在于，所述第一陆地稳定散射体和第二陆地稳定散射体包括：人工建筑物，并且所述第一陆地稳定散射体和第二陆地稳定散射体在研究时间段内的物理特性未发生较大的变化，其中，所述物理特性包括：位置和形态。4.根据权利要求1所述的基于星载干涉成像高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：康雪艳，张云华，董晓，翟文帅，杨双宝，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：