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.     

利用ERS-1/2重轨干涉SAR数据提取DEM及其精度分析

介绍了重轨干涉SAR数据的图像配准、干涉图生成、基线估计及DEM生成的原理，利用1996年获取的西茂玛尼地区的ERS－1／2串行干涉SAR数据提取了DEM。并选控制点计算了所获得的DEM的误差。最后对影响DEM精度的各种因素进行了分析。     

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.     

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。     

机载干涉SARDEM绝对定向技术研究

机载干涉SAR产生的未经地理编码的DEM有较高的相对高程精度,但因其是基于斜距表达的,且干涉几何定标存在误差,需要利用控制点来进行绝对定向。本文首先改正由地形起伏引起的像点位移,将斜距DEM转换成地距DEM,然后根据空间相似变换,将地距DEM视为刚体,利用控制点求模型平移偏量、缩放因子及旋转角,达到绝对定向的目的。     

基于参考DEM的机载InSAR定标方法

研究无人工靶标的干涉定标方法对促进机载InSAR技术在山区等复杂地形的测绘、制图等定量应用有重要的实用价值。本文提出一种新的基于参考DEM的干涉定标方法,在InSAR定标中用已知高程精度的参考DEM与待定标的InSAR系统生成的DEM进行比较,利用参考DEM模拟SAR图像,获得大量定标所需的控制点坐标来建立敏感度矩阵,并对敏感度方程的解算进行了改进,同时将干涉处理与定标过程相结合,改进了干涉处理过程,最后得到定标后的干涉参数并生成DEM,利用机载数据进行了实验验证,并分析了无人工靶标干涉定标实验结果的误差。     

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。     

利用平地干涉相位进行INSAR初始基线估计

INSAR技术是最有潜力获取高精度DEM的手段之一。在其关键技术中,基线估计是影响最终DEM精度的一个关键因素。通常,较小的基线估计误差将会导致获取的DEM中存在较大的斜坡效应。但是,对于境外等难以获取地面控制点的区域,很难精确地估计出基线参数,从而使获取的DEM误差很大。针对这种情况,从INSAR的基本原理入手,提出了一种新的利用平地干涉相位进行初始基线估计的方法。利用1994年美国NASA航天飞机SIR-C/X-SAR数据和中国科学院电子所机载双天线干涉数据进行了实验,结果表明:该方法适用于无控制地区的基线估计,它无需地面控制点,并且估计出的基线参数比较精确。     

利用平地干涉相位进行INSAR初始基线估计

INSAR技术是最有潜力获取高精度DEM的手段之一.在其关键技术中,基线估计是影响最终DEM精度的一个关键因素.通常,较小的基线估计误差将会导致获取的DEM中存在较大的斜坡效应.但是,对于境外等难以获取地面控制点的区域,很难精确地估计出基线参数,从而使获取的DEM误差很大.针对这种情况,从INSAR的基本原理入手,提出了一种新的利用平地干涉相位进行初始基线估计的方法.利用1994年美国NASA航天飞机SIR-C/X-SAR数据和中国科学院电子所机载双天线干涉数据进行了实验,结果表明:该方法适用于无控制地区的基线估计,它无需地面控制点,并且估计出的基线参数比较精确.     

基于Kalman滤波的InSAR基线估计方法

针对目前SAR干涉测量中基线估计现存的问题,提出了利用Kalman滤波和配准参数进行基线估计的方法.所提出的方法具有不需地面控制点、不受地形限制和不依赖于轨道参数等优点,并可以估计时变的基线参数.利用南京地区的ERS-1/2 tandem数据进行了试验研究,并对提出的方法进行了验证.结果表明,在精确的卫星轨道数据和地面控制点不能获取时,所提出的方法仍能有效地估计InSAR基线.这在一定程度上补偿了轨道偏移带来的误差,为获取高精度的DEM奠定了基础.     

利用参数独立分解的星载SAR干涉测量检校方法

在星载干涉合成孔径雷达中,干涉参数的准确性对高程精度起着至关重要的作用。传统干涉测量检校方法往往将影响量级不同的干涉参数组合在一起解算,无法精确获得每项干涉参数的修正量。针对此问题,本文提出一种利用参数独立分解的干涉测量检校方法。首先,根据三维重建模型,确定与干涉SAR测高有关的参数;随后,在确保几何参数精度的前提下,对干涉参数的敏感度进行定量分析;最后,采用独立检校算法解算每一项干涉参数误差,完成干涉测量检校模型的建立。本文选择陕西渭南区域4对TerraSAR-X/TanDEM-X数据进行了试验分析。结果表明,对于该试验数据,采用本文提出的参数独立分解方法,干涉测量检校后干涉结果的高程精度优于2.54 m,平原地区获取DEM的绝对高程精度优于1.21 m,山地地区获取DEM的绝对高程精度优于3.11 m,验证了本文方法的有效性和正确性,为我国平原及山区1∶25 000比例尺的干涉SAR地形图测绘提供了技术基础。     

Topographic correction of ALOS-PALSAR images using InSAR-derived DEM

Topographic corrections of synthetic aperture radar (SAR) images over hilly regions are vital for retrieval of correct backscatter values associated with natural targets. The coarse resolution external digital elevation models (DEM) available for topographic corrections of high resolution SAR images often result into degradation of spatial resolution or improper estimation of backscatter values in SAR images. Also, many a times the external DEMs do not spatially co-register well with the SAR data. The present study showcases the methodology and results of topographic correction of ALOS-PALSAR image using high resolution DEM generated from the same data. High resolution DEMs of Jaipur region, India were generated using multiple pair SAR images acquired from ALOS-PALSAR using interferometric (InSAR) techniques. The DEMs were validated using differential global positioning system measured elevation values as ground control points and were compared with photogrammetric DEM (advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer – ASTER) and SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM. It was observed that ALOS-PALSAR images with optimum baseline parameters produced high resolution DEM with better height accuracy. Finally, the validated DEM was used for topographic correction of ALOS-PALSAR images of the same region and were found to produce better result as compared with ASTER and SRTM-DEM.     

使用ERS-1/2干涉测量SAR数据生成DEM

干涉合成孔径雷达（ＩＮＳＡＲ）数据已被证明能生产精确的数据高程模型（ＤＥＭ），我们已开发了从单视ＳＡＲ复影像数据自动生成数字高程模型的新软件，基于ＳＡＲ多视强度影像的最小二乘曩像匹配被用于复影像对的配准，达到很高的配准精度（０．０１～０．０５像元精度）。一种新的计算目标点３维坐标（Ｘ，Ｙ，Ｚ）的方程还被提出，卫星轨道，姿态和基线参数以及相位常数被纳入在方程中并被表示了时间的线性函数，利用至少６个地面控制点能够同时估算这些参数，本文还给出了意大利埃特地区ＥＲＳ－１／２ＳＡＲ数据处理结果。     

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。     

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。     

Interferometric Baseline Performance Estimations for Multistatic Synthetic Aperture Radar Configurations Derived from GRACE GPS Observations

Recent studies have demonstrated the usefulness of global positioning system (GPS) receivers for relative positioning of formation-flying satellites using dual-frequency carrier-phase observations. The accurate determination of distances or baselines between satellites flying in formation can provide significant benefits to a wide area of geodetic studies. For spaceborne radar interferometry in particular, such measurements will improve the accuracy of interferometric products such as digital elevation models (DEM) or surface deformation maps. The aim of this study is to analyze the impact of relative position errors on the interferometric baseline performance of multistatic synthetic aperture radar (SAR) satellites flying in such a formation. Based on accuracy results obtained from differential GPS (DGPS) observations between the twin gravity recovery and climate experiment (GRACE) satellites, baseline uncertainties are derived for three interferometric scenarios of a dedicated SAR mission. For cross-track interferometry in a bistatic operational mode, a mean 2D baseline error (1σ) of 1.4 mm is derived, whereas baseline estimates necessary for a monostatic acquisition mode with a 50 km along-track separation reveal a 2D uncertainty of approximately 1.7 mm. Absolute orbit solutions based on reduced dynamic orbit determination techniques using GRACE GPS code and carrier-phase data allows a repeat-pass baseline estimation with an accuracy down to 4 cm (2D 1σ). To assess the accuracy with respect to quality requirements of high-resolution DEMs, topographic height errors are derived from the estimated baseline uncertainties. Taking the monostatic pursuit flight configuration as the worst case for baseline performance, the analysis reveals that the induced low-frequency modulation (height bias) fulfills the relative vertical accuracy requirement (σ<1 m linear point-to-point error) according to the digital terrain elevation data level 3 (DTED-3) specifications for most of the baseline constellations. The use of a GPS-based reduced dynamic orbit determination technique improves the baseline performance for repeat-pass interferometry. The problem of fulfilling the DTED-3 horizontal accuracy requirements is still an issue to be investigated. DGPS can be used as an operational navigation tool for high-precision baseline estimation if a geodetic-grade dual-frequency spaceborne GPS receiver is assumed to be the primary instrument onboard the SAR satellites. The possibility of using only single-frequency receivers, however, requires further research effort.Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) research fellow until Sept. 2004 at the Microwaves and Radar Institute, Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V., 82234 Weßling, Germany     

雷达卫星自动成图的精密干涉测量关键技术

本文介绍用于未来自动成图的数字摄影测量智能化新方法之一：精密干涉测量新方法。它采用合成孔径雷达干涉（interferometric SAR,InSAR）技术获取极高精度的地形信息,现已成为最有效的全球测图手段之一。本文提出了面向全球测图的精密干涉测量系统技术,其中包含测量检校技术、数据处理技术及数据后处理技术。首先,需采用定标设备对几何及干涉参数进行测量检校,主要包括方位向时间延迟、距离向时间延迟、大气延迟及基线误差等。其次,需采用检校参数进行干涉数据处理,获取高精度DEM数据,干涉数据处理的关键技术包括相位初值确定方法等。最后,采用区域网平差、长短基线组合及升降轨融合等后处理技术完成全球DEM数据的生产和精度的逐步提升。本文采用6景覆盖陕西地区的TanDEM-X数据进行了数据处理及后处理试验,并获取了山地区域高程精度为5.07 m,低相干面积为0.8 km²的DEM数据,这为我国1∶50 000乃至1∶25 000比例尺全球测图提供了技术参考。