GPS/INS支持下的机载干涉SAR定标试验

干涉定标技术是机载InSAR获取高精度DEM的关键技术,根据GPS高精度定位数据支持下的机载SAR定标模型,通过一定数量的地面定标点校正干涉SAR系统参数,InSAR与高精度GPS/INS技术的结合进一步提高了InSAR测图的精度。文中对GPS支持下的干涉定标技术进行仿真试验,基于机载SAR正侧视模型的成像几何关系,建立关于干涉参数和地面定标点的定标模型,采用基于敏感度方程的干涉定标方法,对地面定标点的测量高程值上加入不同的随机误差,分析该测量误差对干涉定标结果的影响,结果表明,高精度的GPS定位数据提高了机载InSAR测图的精度。     

一种机载双天线InSAR干涉参数定标新方法

干涉参数定标对于机载双天线InSAR系统的大面积高精度数字高程模型获取具有重要意义。为了高效地进行干涉参数定标,从双天线InSAR获取DEM的基本原理出发,构建一种考虑干涉相位偏置、基线长度和基线水平角三个参数的定标新模型,设计该定标模型的未知参数解算方案。利用GPS实测的高程控制点对中国科学院电子学研究所自主研制的机载双天线InSAR系统进行了干涉参数定标实验,统计利用定标后干涉参数反演地面高程的误差,验证该干涉参数定标模型及解算方案。     

机载双天线InSAR联合定标算法

为了提高InSAR获取DEM的精度,实际生产作业过程中每一架次均须飞临定标场,这就要求测绘人员需要多次布设角反射器.本文针对外业重复布设角反射器耗费时间和人力的问题,提出一种新的机载双天线InSAR联合干涉参数定标算法,实现了利用一次布设的控制点同时标定多架次干涉参数,减少了野外布设角反射器的工作量.该方法首先基于敏感度方程的定标方法选择适于机载双天线InSAR数据的干涉定标参数,其次将基于局部配准的配准方法和PSInSAR中PS点选取的方法首次引入高程连接点的选取中,实现了多架次同一场景的高程衔接.最后,根据控制点和连接点高程属性的差异,建立了不同的误差方程,组成联合定标模型,并利用中国测绘科学研究院的CASMSAR-X数据进行了联合定标试验,验证了该算法的正确性和有效性.     

方差分量估计在机载InSAR区域网平差中的应用

基于验后方差分量估计的思想,针对观测值中各类观测分量的方差难以直接估计的问题,研究了机载InSAR区域网平差干涉参数定标权值确定理论,设计了利用Helmert方差分量估计扩展模型的机载InSAR区域网平差干涉参数定标权值确定方法。采用我国机载双天线InSAR数据进行相关试验,表明验后估计定权能合理地顾及DEM的生成精度和拼接精度。     

利用机载双天线InSAR数据生成高精度DEM的试验研究——以大面积丘陵地区为例

机载双天线InSAR(interferometric synthetic aperture Radar)是获取高精度数字高程模型(digital elevation model,DEM)的新技术。为了获取大面积高精度的DEM,在已有的应用机载InSAR数据生成DEM流程的基础上,引入精确干涉参数定标和区域网平差处理技术,提出了利用国产机载双天线InSAR数据生成丘陵地区大面积、高精度DEM的技术流程,主要包括干涉定标、干涉处理、区域网平差、相高转换、地理编码和影像镶嵌;基于VC++开发了InSAR地形制图处理系统。以四川江油试验区4个条带、76景高分辨率机载InSAR数据为基础进行试验研究,生成了覆盖超过500 km2的高精度DEM。利用野外布设的角反射器检查点进行精度检验的结果是点位中误差为±1.188 m,高程中误差为±0.508 m。该结果表明:应用上述技术流程生成的DEM能满足丘陵地区1∶1万比例尺一级高程中误差的精度要求;机载InSAR可作为复杂地区大面积地形测图制取的一种技术手段。     

基于史赖伯规则的机载InSAR区域网平差

采用区域网平差的方法进行合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）干涉参数定标,是减小大区域、多个干涉像对重叠处反演高程差异的有效方法。为了提高InSAR区域网平差的答解效能,设计一种利用史赖伯规则的机载InSAR区域网平差干涉参数定标方法。该方法利用史赖伯规则,由连接点误差方程式构建等效误差方程式,可有效减小法方程系数矩阵大小,降低对计算机配置的要求,提高平差的答解效能。采用我国机载双天线InSAR数据进行干涉参数定标试验,改化前后两种方案,干涉参数定标结果没有明显变化,改化后的平差耗时均值减小了,验证了利用史赖伯规则的机载InSAR区域网平差干涉参数定标的正确性和有效性。     

基于点相位改正的机载干涉SAR定标算法

干涉参数定标对于利用机载双天线合成孔径雷达干涉测量获取大面积高精度的数字高程模型具有重要意义。本文在敏感度方程模型的基础上,提出了基于点相位改正的干涉参数定标方法,算法着重对相位改正进行了研究,得出了新的敏感度方程误差模型,利用最小二乘原理求解定标后的干涉参数,并生成精确的数字高程模型。最后,利用中国测绘科学研究院CASMSAR系统X波段数据加以验证,试验结果表明,该算法很好地解决了传统定标方法对不同数据求解干涉参数时结果不稳定和敏感度矩阵病态等问题,并具有稳定性强、无须迭代解算、适用于大规模生产等优势。     

利用三维重建模型的机载InSAR区域网平差方法

在机载合成孔径雷达干涉测量（synthetic aperture radar interferometry,InSAR）中,为了获取高精度的数字高程模型（digital elevation model,DEM）,研究了机载InSAR视向量正交分解法及三维重建数学模型,分析了中国的机载CASMSAR（synthetic aperture radar system of Chinese Academy of Surveying and Mapping）干涉系统误差来源及观测参数,建立了机载InSAR区域网平差模型。利用国产机载CASMSAR系统获取的X波段干涉数据进行试验,利用高精度的控制点数据进行平差解算,结果表明本文方法能够消除干涉模型间平面和高程差异,DEM成果满足1:1万山地测图精度要求,验证了该模型的正确性和有效性。     

多基线InSAR干涉图的直接法仿真

为了研究多基线InSAR技术,充分利用长、短基线互补的优势来提高获取DEM的精度及可靠性,设计了一种多基线InSAR干涉图的直接法仿真方案。该方案采用正侧视成像模型,由F Leberl方程建立地面点坐标与像点坐标之间的关系,并针对机载多天线InSAR系统构成的多基线模式,直接由DEM中记录的地面点3维坐标计算像点坐标和干涉相位,再对干涉相位进行重采样以得到像点规则排列的干涉图。采用多套DEM进行了多基线InSAR干涉图的仿真实验,得到了较满意的结果,验证了所设计仿真方案的正确性和有效性。     

多基线InSAR干涉图的直接法仿真

为了研究多基线InSAR技术,充分利用长、短基线互补的优势来提高获取DEM的精度及可靠性,设计了一种多基线InSAR干涉图的直接法仿真方案.该方案采用正侧视成像模型,由F Leberl方程建立地面点坐标与像点坐标之间的关系,并针对机载多天线InSAR系统构成的多基线模式,直接由DEM中记录的地面点3维坐标计算像点坐标和干涉相位,再对干涉相位进行重采样以得到像点规则排列的干涉图.采用多套DEM进行了多基线InSAR干涉图的仿真实验,得到了较满意的结果,验证了所设计仿真方案的正确性和有效性.     

机载InSAR系统精度分析

结合SAR成像原理,在提出了基于DGPS/IMU数据的机载InSAR系统DEM三维坐标求解的基础上,推导出了基线长度、基线倾角、相位差、雷达天线到地面目标点的距离、雷达天线位置、中心多普勒频率及飞机飞行速度等因素误差对DEM精度的影响公式,分析讨论了机载InSAR系统影响精度的主要因素及系统可实现的性能情况,提出了机载InSAR系统部分设计建议,并使用实际的机载InSAR数据进行了试验。结果表明,本方法结果与实际试验统计的精度基本一致,影响精度的分析结论正确。     

组合图像模拟和精配准的星载SAR图像正射校正

本文给出了一种采用DEM模拟出的影像和星载合成孔径雷达(SAR)精配准策略的正射校正方法。首先根据DEM数据采用距离-多普勒模型和经验公式模拟出SAR图像,然后分别采用Harris算子和互信息匹配的方法提取模拟图像和实际SAR图像上的同名特征点,并根据这些特征点构建的不规则三角网(TIN)实现模拟SAR图像和实际SAR图像的精确配准。最后将星载SAR图像通过实际图像和模拟图像的精确配准关系以及模拟图像和DEM数据之间的对应关系校正到DEM所在的地理坐标中,实现SAR图像的正射校正。     

利用控制点三维信息标定机载双天线干涉SAR参数

采用基于敏感度方程的方法,研究基于三维重建模型下的机载双天线干涉SAR系统的干涉参数定标问题.干涉参数定标是生成高精度数字高程模型的关键.本文修正了Madsen提出的干涉SAR三维重建的视向量正交分解算法,采用电磁波波前的球面波模型,加入了载机的姿态旋转,构建一种新的干涉SAR三维重建模型.利用各干涉参数对控制点三维信息的不同的敏感性,提出分别利用地面控制点三维信息,对各干涉参数进行定标.并利用中国科学院电子学研究所自主设计、研制的机载干涉SAR系统数据,进行定标处理实验验证.     

基线抖动对干涉SAR 相位的影响

提出并分析了基线抖动造成的干涉SAR 相位误差模型。基于干涉SAR 基线抖动模型, 分为水平抖动和 垂直抖动, 推导了存在基线抖动情况下辅天线复图像信号模型及基线抖动带来的干涉相位误差公式, 分析了基线 抖动对成像质量和干涉相位的影响, 针对SRTM 系统进行了计算机仿真。通过基于基线抖动的干涉SAR 原始回波 数据计算, 仿真了点目标和面目标场景的回波信号, 并进行成像得到了复图像和干涉条纹, 仿真结果验证了理论分 析的正确性。     

TerraSAR影像干涉测量数据的地理编码方法

InSAR技术广泛用于获取高精度的地形信息,但是经过干涉处理获得的干涉测量数据必须经过地理编码,才能得到可实用的DEM。本文针对高分辨率TerraSAR影像,提出了利用InSAR的影像和高度信息,结合卫星的位置矢量和速度矢量以及SAR距离-多普勒构像模型,进行高程图地理编码处理的方法,直接将干涉生成的DEM校正到所需的地面参考坐标系统中,以获取干涉数据的地面三维信息。通过试验,证明了该方法的可行性。     

城市扩展强度及其地表热特性遥感定量分析

城市化将自然景观转变为不同土地利用的城市景观,改变了地表的物理特性。因此,有关城市扩张及其对环境的影响的准确信息具有广泛的应用价值。利用遥感技术监测土地利用变化成为城市环境研究的重要内容,然而利用遥感技术定量提取城市扩展及其强度的定量信息仍存在许多挑战。本文提出了定量确定城市扩展范围及其发展强度的新方法——地图密度指数。并以中部城市——长沙为例,利用Landsat TM/ETM+数据定量评价了城市扩张及其热环境特征的变化。首先,集成遥感光谱指数提取地表非渗透表面,然后利用移动窗口算法获得地图密度指数,再根据设定的阈值获得密度指数等级图,依此密度指数等级图识别城市扩展范围及其发展强度。再结合地表温度反演的数据,分析了城市格局及其变化与地表热特性变化的定量关系。结果表明,自1990年代以来,长沙市城市区域及其发展密度显著增加,城市发展的密度差异与地表温度相一致。 地图密度指数能较好刻画城市扩展范围及其发展强度,并与地表温度空间分布存在较好的对应关系。     

车载双天线干涉SAR DEM提取方法

相对于星载和机载SAR而言,使用车载SAR数据提取DEM可有效缩短DEM数据更新周期,降低成本。由于车载SAR平台结构可变,干涉定标需要重复进行,本文提出了基于单控制点的车载双天线干涉SAR的DEM提取方法。该方法基于单个控制点的精确坐标信息进行相位、斜距和高程改正,并实现高程的迭代求解,无需布设大量控制点进行干涉定标,有效简化外业工作。仿真试验证明：当基线长度估计达到毫米级精度,基线倾角估计也达到较高的精度时,可保证该方法较高的DEM提取精度。利用2018年在湖北武汉地区获取的车载双天线干涉SAR数据使用该方法和基于干涉定标的多控制点方法进行DEM提取对比试验,结果表明该方法在检查点的高程中误差为0.301 8 m,多控制点方法为0.258 4 m,在高相干区域,两种方法的DEM结果具有高度的统一性。