层次化的城区机载阵列干涉SAR点云噪声抑制

纪方方; 余洁; 卢丽君; 杨书成; 黄国满; 程春泉; 迟博文

doi:10.13203/j.whugis20240240

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

层次化的城区机载阵列干涉SAR点云噪声抑制

雷达干涉测量 | 更新时间：2026-11-06

- 层次化的城区机载阵列干涉SAR点云噪声抑制
- A Hierarchical Urban Airborne ArrayInSAR Point Cloud Noise Suppression Method
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第8期页码：1555-1570
- 作者机构：
  
  1.首都师范大学资源环境与旅游学院，北京，100048
  2.中国测绘科学研究院，北京，100036
  3.首都师范大学城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地，北京，100048
  4.首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室，北京，100048
  5.中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室，江苏徐州，221116
- 作者简介：
  
  纪方方，博士生，主要研究方向为SAR数据处理。jiffang@126.com
  杨书成，博士，副研究员。yangsc@casm.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2022YFB3901605)
- DOI：10.13203/j.whugis20240240
  中图分类号： P237
- 收稿：2024-08-28，
  
  纸质出版：2025-08-05
- 稿件说明：
移动端阅览
纪方方,余洁,卢丽君，等.层次化的城区机载阵列干涉SAR点云噪声抑制[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(8):1555-1570.

JI Fangfang,YU Jie,LU Lijun,et al.A Hierarchical Urban Airborne ArrayInSAR Point Cloud Noise Suppression Method[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(8):1555-1570.
纪方方,余洁,卢丽君，等.层次化的城区机载阵列干涉SAR点云噪声抑制[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(8):1555-1570. DOI：10.13203/j.whugis20240240

JI Fangfang,YU Jie,LU Lijun,et al.A Hierarchical Urban Airborne ArrayInSAR Point Cloud Noise Suppression Method[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(8):1555-1570. DOI：10.13203/j.whugis20240240

摘要

在机载阵列干涉合成孔径雷达系统（array interferometric synthetic aperture radar

ArrayInSAR）数据成像过程中，由于受到系统热噪声、通道幅度-相位不一致、电磁波多路径干扰等因素影响，机载ArrayInSAR点云中存在大量噪声，严重影响三维重建精度。在分析了机载ArrayInSAR点云噪声特征的基础上，提出一种层次化的机载ArrayInSAR点云去噪方法。首先根据机载ArrayInSAR点云中噪声点与非噪声点的分布对噪声进行类别划分，然后集成基于自适应阈值的混合滤波算法、基于法向量和曲率改进的双边滤波算法、基于面状信息拟合的多路径干扰噪声去除算法，实现城区机载ArrayInSAR点云层次化噪声抑制。为验证有效性，将所提方法与其他经典去噪方法进行了效果比较，结果表明，所提方法在去噪完整度、正确率和质量评价指标等方面均优于经典方法，证明所提方法能提高机载ArrayInSAR点云精度，为基于机载ArrayInSAR点云的三维重建提供高质量数据。

Abstract

Objectives

In the process of data imaging in the airborne array interferometric synthetic aperture radar (ArrayInSAR)

due to the influence of system thermal noise

channel amplitude-phase inconsistency

electromagnetic multipath interference and other factors

there is a lot of noise in the airborne ArrayInSAR point cloud

which seriously affects the three-dimensional reconstruction accuracy based on ArrayInSAR point cloud.

Methods

Based on the analysis of the noise characteristics of the airborne ArrayInSAR point cloud

we proposed a hierarchical airborne ArrayInSAR point cloud noise suppression（HPCNS）method. First

according to the distribution of noise points and non-noise points in the ArrayInSAR point cloud

the noise is divided into outlier noise

channel amplitude-phase inconsistency errors noise and multipath interference noise. Then

a hybrid filtering algorithm based on adaptive threshold

a bilateral filtering algorithm based on normal vector and curvature improvement

and a multipath noise removal algorithm based on surface information fitting are integrated to process the three kinds of noise

and the hierarchical noise suppression of the airborne ArrayInSAR point cloud in urban areas is realized.

Results

In order to verify the effectiveness of HPCNS method

the denoising effect of HPCNS method is compared with other classical denoising methods. The results show that HPCNS method is superior to other classical denoising methods in the aspects of denoising integrity

accuracy and quality evaluation index.

Conclusions

The hierarchical ArrayInSAR point cloud noise suppression method can better remove various types of noise in the ArrayInSAR point cloud data

significantly improve the quality of the airborne ArrayInSAR point cloud

provide high-quality data for three-dimensional reconstruction based on the airborne ArrayInSAR point cloud

and better data support for intelligent mapping.

关键词

Keywords

references

李德仁，廖明生，王艳 . 永久散射体雷达干涉测量技术［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2004 ， 29 （ 8 ）： 664 - 668 .

LI Deren ， LIAO Mingsheng ， WANG Yan . Progress of Permanent Scatterer Interferometry ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2004 ， 29 （ 8 ）： 664 - 668 .

刘国祥，丁晓利，陈永奇，等 . 极具潜力的空间对地观测新技术：合成孔径雷达干涉［J］. 地球科学进展， 2000 ， 15 （ 6 ）： 734 - 740 .

LIU Guoxiang ， DING Xiaoli ， CHEN Yongqi ， et al . New and Potential Technology for Observation of Earth from Space： Synthetic Aperture Radar Interferometry ［J］. Advance in Earth Sciences ， 2000 ， 15 （ 6 ）： 734 - 740 .

魏恋欢，廖明生， BALZ Timo ，等 . 高分辨率SAR层析成像建筑物叠掩散射体提取［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2014 ， 39 （ 5 ）： 536 - 540 .

WEI Lianhuan ， LIAO Mingsheng ， TIMO B ， et al . Layover Building Scatterers Extraction via High-Resolution Spaceborne SAR Tomography ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2014 ， 39 （ 5 ）： 536 - 540 .

刘康， Timo Balz ，廖明生 . 利用后向散射特性从高分辨率SAR影像中提取建筑物高度［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2012 ， 37 （ 7 ）： 806 - 809 .

LIU Kang ， BALZ T ， LIAO Mingsheng . Investigation on Building Height Extraction via Radar Backscattering Characteristics in High Resolution SAR Images ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2012 ， 37 （ 7 ）： 806 - 809 .

CUMMING I G ， WONG F H . 合成孔径雷达成像——算法与实现［M］. 洪文，胡东辉，译. 北京：电子工业出版社， 2007 ： 3 .

CUMMING I G ， WONG F H . Digital Processing of Synthetic Aperture Radar Data： Algorithms and Implementation ［M］. HONG Wen，HU Donghui， Trans. Beijing ： Publishing House of Electronics Industry ， 2007 ： 3 - 5 .

丁赤飚，仇晓兰，徐丰，等 . 合成孔径雷达三维成像：从层析、阵列到微波视觉［J］. 雷达学报， 2019 ， 8 （ 6 ）： 693 - 709 .

DING Chibiao ， QIU Xiaolan ， XU Feng ， et al . Synthetic Aperture Radar Three-Dimensional Imaging—From TomoSAR and Array InSAR to Microwave Vision ［J］. Journal of Radars ， 2019 ， 8 （ 6 ）： 693 - 709 .

ZHANG F B ， LIANG X D ， WU Y R ， et al . 3D Surface Reconstruction of Layover Areas in Continuous Terrain for Multi-baseline SAR Interferometry Using a Curve Model ［J］. International Journal of Remote Sensing ， 2015 ， 36 （ 8 ）： 2093 - 2112 .

WANG J ， CHEN L Y ， LIANG X D ， et al . Implementation of the OFDM Chirp Waveform on MIMO SAR Systems ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2015 ， 53 （ 9 ）： 5218 - 5228 .

WANG D W ， ZHANG F B ， CHEN L Y ， et al . The Calibration Method of Multi-channel Spatially Varying Amplitude-Phase Inconsistency Errors in Airborne Array TomoSAR ［J］. Remote Sensing ， 2023 ， 15 （ 12 ）： 3032 .

CHENG R C ， LIANG X D ， QIN F ， et al . Multipath-Based Feature for 3D Reconstruction of Low Buildings Based on SAR Tomography ［J］. Electronics Letters ， 2019 ， 55 （ 22 ）： 1192 - 1194 .

GUO Q C ， LIANG X D ， LI Y L ， et al . A Novel Method for Airborne Array-InSAR Tomography Based on Off-Grid Target Modeling and Group Sparsity ［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters ， 2024 ， 21 ： 3505205 .

SHAHZAD M ， ZHU X X . Robust Reconstruction of Building Facades for Large Areas Using Spaceborne TomoSAR Point Clouds ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2015 ， 53 （ 2 ）： 752 - 769 .

赵夫群，周明全 . 层次化点云去噪算法［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 7 ）： 1618 .

ZHAO Fuqun ， ZHOU Mingquan . Hierarchical Point Cloud Denoising Algorithm ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 7 ）： 1618 .

YANG B S ， HAALA N ， DONG Z . Progress and Perspectives of Point Cloud Intelligence ［J］. Geo⁃spatial Information Science ， 2023 ， 26 （ 2 ）： 189 - 205 .

赵志胜，陈宇，王彬 . 利用非线性高斯-赫尔默特模型与抗差估计的点云拟合方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 7 ）： 1201 - 1211 .

ZHAO Zhisheng ， CHEN Yu ， WANG Bin . Point Cloud Fitting Method Using the Nonlinear Gauss-Helmert Model and Robust Estimation ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 7 ）： 1201 - 1211 .

贺正军，吴云龙，李邵波，等 . 顾及水平方向偏差的三维声呐点云数据分区滤波方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 9 ）： 1639 - 1649 .

HE Zhengjun ， WU Yunlong ， LI Shaobo ， et al . A Partition Filtering Method for 3D Sonar Point Cloud Data Considering Horizontal Deviation ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 9 ）： 1639 - 1649 .

汤圣君，张韵婕，李晓明，等 . 超体素随机森林与LSTM神经网络联合优化的室内点云高精度分类方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 4 ）： 525 - 533 .

TANG Shengjun ， ZHANG Yunjie ， LI Xiaoming ， et al . A High-Precision Indoor Point Cloud Classification Method Jointly Optimized by Super Voxel Random Forest and LSTM Neural Network ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 4 ）： 525 - 533 .

ZHOU L ， SUN G X ， LI Y ， et al . Point Cloud Denoising Review： From Classical to Deep Learning-Based Approaches ［J］. Graphical Models ， 2022 ， 121 ： 101140 .

任彬，崔健源，李刚，等 . 基于自适应阈值的三维点云分段式去噪方法［J］. 光子学报， 2022 ， 51 （ 2 ）： 0212003 .

REN Bin ， CUI Jianyuan ， LI Gang ， et al . A Three-Dimensional Point Cloud Denoising Method Based on Adaptive Threshold ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2022 ， 51 （ 2 ）： 0212003 .

陈亚超，樊彦国，禹定峰，等 . 考虑法向离群的自适应双边滤波点云平滑及IMLS评价方法［J］. 图学学报， 2023 ， 44 （ 1 ）： 131 - 138 .

CHEN Yachao ， FAN Yanguo ， YU Dingfeng ， et al . Adaptive Bilateral Filtering Point Cloud Smoothing and IMLS Evaluation Method Considering Normal Outliers ［J］. Journal of Graphics ， 2023 ， 44 （ 1 ）： 131 - 138 .

焦亚男，马杰，钟斌斌 . 一种基于尺度变化的点云并行去噪方法［J］. 武汉大学学报（工学版）， 2021 ， 54 （ 3 ）： 277 - 282 .

JIAO Ya'nan ， MA Jie ， ZHONG Binbin . Point Cloud Parallel De-noising Algorithms Based on Scale Change ［J］. Engineering Journal of Wuhan University ， 2021 ， 54 （ 3 ）： 277 - 282 .

DU Q D . 3D Point Cloud Registration Denoising Method for Human Motion Image Using Deep Learning Algorithm ［J］. Multimedia Systems ， 2020 ， 26 （ 1 ）： 75 - 82 .

ZHENG Z ， ZHA B T ， ZHOU Y ， et al . Single-Stage Adaptive Multi-scale Point Cloud Noise Filtering Algorithm Based on Feature Information ［J］. Remote Sensing ， 2022 ， 14 （ 2 ）： 367 .

WANG W J ， PAN W ， LIU X ， et al . Random Screening-Based Feature Aggregation for Point Cloud Denoising ［J］. Computers & Graphics ， 2023 ， 116 ： 64 - 72 .

CHENG R C ， LIANG X D ， ZHANG F B ， et al . Multiple-Bounce Modeling of High-Rise Buildings with Airborne Tomography Array ［C］// Progress in Electromagnetics Research Symposium （PIERS-Toyama）， Toyama， Japan ， 2018 .

CHENG R C ， LIANG X D ， ZHANG F B ， et al . Multiple-Bounce Scattering of Tomo-SAR in Single-Pass Mode for Building Reconstructions ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 7 ： 124341 - 124350 .

ZHANG F B ， LIANG X D ， CHENG R C ， et al . Building Corner Reflection in MIMO SAR Tomography and Compressive Sensing-Based Corner Reflection Suppression ［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters ， 2020 ， 17 （ 3 ）： 446 - 450 .

王松，张福博，陈龙永，等 . 基于空间聚类种子生长算法的阵列干涉SAR点云滤波［J］. 雷达学报， 2018 ， 7 （ 3 ）： 355 - 363 .

WANG Song ， ZHANG Fubo ， CHEN Longyong ， et al . Array-Interferometric Synthetic Aperture Radar Point Cloud Filtering Based on Spatial Clustering Seed Growth Algorithm ［J］. Journal of Radars ， 2018 ， 7 （ 3 ）： 355 - 363 .

GAO R ， LI M Y ， YANG S J ， et al . Reflective Noise Filtering of Large-Scale Point Cloud Using Transformer ［J］. Remote Sensing ， 2022 ， 14 （ 3 ）： 577 .

LEE O ， JOO K ， SIM J Y . Learning-Based Reflection-Aware Virtual Point Removal for Large-Scale 3D Point Clouds ［J］. IEEE Robotics and Automation Letters ， 2023 ， 8 （ 12 ）： 8510 - 8517 .

GUO Q C ， WAN Y L . Multipath Model and Suppression in Airborne Array-InSAR Tomography ［J］. IEEE Sensors Letters ， 2024 ， 8 （ 5 ）： 6005604 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于武汉一号卫星影像的智能变化检测方法与应用

船舶航行海洋地理信息三态融合保障问题研究

多尺度地理空间数据更新方法概述

浅源中等地震近场剧烈形变的高分辨率L波段InSAR研究

时空智能学：理论与应用