基于SAR图像桥梁多次散射的河流水位变化监测方法

来源：信号处理杂志 2023年第9期北京时间：

作者：丁泽刚, 李莫凡, 李根, 卫扬铠, 胡子浛

摘要：河流水位变化监测被广泛应用于洪涝灾害的预警。传统的河流水位监测方法通过在河岸布设水位计来实现，由于需要实地布设并维护水位计，这一方案在交通不便的偏远地区难以实施。本文提出了一种基于时序SAR图像的河流水位遥感监测方法。基于桥梁多次散射机理，通过提取时序SAR图像中的桥梁多次散射信号位置变化，可实现桥下河流水位的变化监测。同时，为了避免船只强散射信号对桥梁散射信号提取的干扰，提出了一种桥梁能量累积算法，首先对时序SAR图像进行配准，中值滤波等预处理操作，并基于形态学的级联拟合处理，准确提取SAR图像中桥梁的方向，接着校正桥梁信号在方位向的徙动，最后对桥梁散射信号沿方位向进行能量积累，船只的散射信号由于和桥梁方向不一致而被分散，此过程大大提高了桥梁散射信号的信杂噪比，从而保证桥梁多次散射信号的准确提取。本文从二次散射信号的成像散焦与斜距提取误差两方面分析了所提方法精度，现有星载SAR数据受分辨率限制可达分米级水位监测精度，在未来，随着星载SAR图像分辨率的提高，该方法有望实现厘米级的水位监测精度。COSMO-SkyMed与Sentinel-1A星载SAR实测数据处理结果验证了所提方法的有效性，与水位计测量结果对比，所提方法的处理精度可达0.38 m，与理论分析结果一致。

关键词：合成孔径雷达, 水位监测, 多次散射, Sentinel-1A, COSMO-SkyMed