天绘二号卫星工程设计与实现

天绘二号卫星系统是我国首个基于干涉合成孔径雷达技术的微波测绘卫星系统,也是我国第1个近距离编队卫星系统,是国际上继德国TanDEM-X系统后的第2个微波干涉测绘卫星系统,并在国际上首次提出了通过设计双频成像解决干涉相位绝对模糊问题的方法,彻底摆脱了对地面控制数据的依赖。该系统工作于X频段,设计分辨率为3 m,处于500 km的太阳同步轨道,由两颗对等的卫星组成,采用异轨道面卫星编队、一发双收雷达收发模式的技术体制,可以快速测制全球数字表面模型和雷达正射影像。本文通过对干涉基线体制、卫星编队构型及雷达收发模式的选择,提出了天绘二号卫星技术体制;并从系统任务、主要性能及组成3个方面进行了工程设计;从总体论证、关键技术攻关及验证、型号研制3个阶段阐述了工程实现情况;最后介绍了卫星系统在轨测试验证情况。测试结果表明,所有指标达到了工程设计要求,产品精度与TanDEM-X系统相当,满足1：5万比例尺测图精度要求,从而验证了天绘二号卫星工程设计思路正确,工程实现的方法合理可行。     

利用TanDEM-X生成DEM的精度评定

目前,许多学者对TanDEM-X生成DEM开展了一些研究,其研究成果也显示了TanDEM-X生成高精度DEM的可行性。为了验证TanDEM-X/TerraSAR-X干涉生成的DEM能否满足测图要求,需要对其进行精度评价和分析。相对于C波段的ERS、ASAR和L波段的ALOS,X波段的高分辨率TerraSAR影像干涉条纹更密集,解缠更加困难。针对这一问题,本文设计了一种低分辨率SRTM辅助高分辨率的X波段的TerraSAR干涉相位解缠方案,提高了解缠的效率和精度。同时,本文提出了一种基于协方差函数的方法对TDX/TSX DEM进行精度分析和评价。该方法通过对各个距离上的协方差值进行拟合,消除了高程误差异常对InSAR DEM精度评价的影响,可以更加客观真实地反映DEM的精度。实例分析结果表明：采用协方差函数方法来评价DEM的精度是可行的,对于试验研究区域,TDX/TSX干涉生成的DEM总体精度为1.42 m,能够满足1：10 000测图要求,为我国空白地区的测图提供了有利条件。     

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。     

L波段差分干涉SAR卫星基础形变产品分类

L波段差分干涉SAR卫星(陆探一号,LT-1)是我国第1组以干涉为核心任务的L频段全极化民用SAR卫星星座,LT-1由1型2星组成,利用差分形变测量技术完成指定区域的形变监测任务。本文综合研究了我国形变监测需求以及卫星观测能力,提出了基础形变产品的3个层次。第1层次为形变场产品,是使用同一地区两景检校的单视复数(single look complex, SLC)影像进行差分干涉生产的。第2层次为形变速率场产品,是使用同一地区多景检校的SLC影像,通过对其形变场产品进行加权堆叠生产的。第3层次为形变时序产品,是使用同一地区多景检校产品,通过时序建模生产的。本文以覆盖山西省大同市云冈区的Sentinel-1数据为例,对形变产品进行了研究分析,并对产品的特性和结果进行了初步说明。本文提出的形变产品体系能够为产品的业务化生产提供参考。     

航天飞机成像雷达地形测绘任务

1 介绍 2000年2月,装载于“奋进号”航天飞机的干涉成像雷达经过11天的全球性作业,获取了覆盖地表80％面积(北纬60°和南纬57°之间)的干涉雷达数据,生产出水平精度30m,高程精度16m的全球地形数据,远远优于现在能得到的1km网格的全球地图,成功地完成了航天飞机成像雷达地形测绘(SRTM)任务,显示了INSAR技术用于测绘地形图的无与伦比的潜力,被誉为是与“建立人类基因库相并列的伟大工程”。可以说,航天干涉成像雷达是人类历史上第一个在太空     

基于哨兵卫星的长白山地区地表形变 监测DInSAR技术

面向火山地区沉降监测需求,研究基于哨兵卫星SAR数据实现对火山地区沉降监测的DInSAR技术。在SARscape软件下通过引入卫星精密轨道数据和SRTM1数据以及手动选择用于轨道精炼的控制点,从空间和地面两个方面减小数据处理的误差,提高火山地区沉降监测精度。以长白山火山地区为例运用2016.01.01和2016.01.13的2景SAR数据,给出了SARscape下DInSAR技术的具体流程,并得到该地区形变结果图。发现利用哨兵卫星SAR数据对火山区进行形变监测,可以得到很好的干涉结果。     

多源星载SAR地形干涉测量精度分析

星载InSAR技术具有高效率、高精度获取全球DEM数据及其他增值产品的优势,是地形测绘领域的研究热点。本文综合利用国内外多源星载SAR影像数据,开展地形干涉测量试验及精度对比分析,旨在为全球测绘提供技术参考。现有的X/C/L波段卫星SAR系统,如COSMO-SkyMed、GF-3、ALOS-2获取的干涉数据集,在青海典型复杂地形实验区均成功获取了DEM数据产品。分析结果表明,在3种典型数据源中,基于COSMO-SkyMed干涉测量DEM的精度与细节质量相对较高,GF-3干涉结果次之,ALOS-2数据也实现了较好的地形测图精度。相关结果从侧面论证了国产GF-3数据具备在空间基线合适的条件下获得高精度DEM数据产品的潜力。     

TanDEM-X双站SAR干涉测量及研究进展

较全面、系统地介绍了Tan DEM-X/Terra SAR-X双站SAR科学计划,重点涉及其科学目标、Tan DEM-X卫星参数、轨道结构以及干涉数据获取模式等相关内容,并讨论了双站SAR成像、极化In SAR和数字波束成形等干涉测量新技术及其研究进展。这些双站SAR新技术的实现将大大地推动SAR干涉测量在全球地形测绘、冰川学、海洋学及地质学等领域中的应用。     

基于高分三号数据的干涉测量研究

合成孔径雷达技术与传统测量技术相比,实现全天时、全天候对地观测,并监测地面的形变信息。2012年前,INSAR研究和应用团队仍然停留在依赖于国外数据的窘迫现状。随着资源三号、环境一号卫星的发射,作为光学卫星为我国测绘事业提供不少便利,但是国内并没有一颗真正意义的SAR卫星。2016年,高分三号作为首颗SAR卫星解决国内SAR卫星数据短缺的问题,研究高分三号卫星的InSAR能力,同时将高分三号卫星应用范围得以拓展。本文对高分三号河南省登封市周围地区进行实验分析,并与InSAR技术成熟的哨兵一号卫星数据进行对比分析,得出结论:①合成孔径雷达采集时间间隔29 d或者29 d的倍数并且雷达入射角相同的高分三号数据可以用于InSAR试验,通过合成孔径雷达干涉测量技术对地表进行形变监测,验证高分三号的干涉测量能力;②通过高分三号数据进行山区形变监测,利用哨兵一号数据对测区进行对比分析,验证高分三号提取地表形变信息的能力。     

InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

介绍了应用InSAR技术监测矿区地表沉降以及地下开采活动的原理;利用重轨差分InSAR技术获得了峰峰矿区地表ENVISAT和JERS 1的雷达形变干涉相位图;分析了在矿区地表沉降过程中ENVISATC波段和JERS 1 L波段形变干涉相位图的相干特性、相位特性以及干涉测量技术在矿区地表沉降监测中应用的可行性和局限性。实验结果表明,利用C波段和L波段雷达数据可以实施对矿区地表沉降的监测,但是C波段雷达受到空间干涉基线的限制更加严格,如果要实现对矿区地表沉降的监测,需要充分利用每个卫星回访时期的雷达数据,建立长时序的星载雷达形变干涉相位图序列,才能较好地实现矿区地表沉降监测。     

植被高度的极化干涉互协方差矩阵分解反演法

经典三阶段极化干涉SAR植被高反演算法中地面散射相位估计不准确,从而导致植被高反演精度存在偏差。针对这一关键问题,本文提出基于极化干涉互协方差矩阵分解的植被高度反演新方法。该方法利用Freeman分解理论和极化干涉互协方差矩阵,估计出更准确的地面散射相位;然后,结合RVOG模型反演植被高度。利用欧空局（ESA）的软件PolSARpro模拟的L波段极化SAR数据和亚马逊森林地区的ALOS PALSAR L波段数据进行实验,结果表明本文提出的新算法提取的植被高度相比经典三阶段法精度更高,从而验证了算法的有效性和可靠性。     

ENVISAT/ASAR多角度干涉雷达数据山区DEM生成及精度分析

在地形起伏较大的山区用干涉SAR生成DEM时,合适的入射角是获取高精度DEM的重要参数之一.本文基于ENVISAT/ASAR多角度干涉雷达数据,SRTM 90米分辨率的DEM以及1:5万的数字化DEM数据,从定性和定量的角度比较和分析了干涉SAR在获取山区DEM时,入射角对DEM精度的具体影响.结果表明:对于ASAR的多入射角干涉雷达数据,在不同入射角条件下由于雷达叠掩和透视收缩的影响,获取的DEM精度差别很大,入射角带来的影响相当显著,比如IS2和IS4角度得到的DEM的精度差超过了6米.因此,在山区干涉SAR地形成图时,必须对入射角的大小进行严格的选择.     

雷达干涉测量法用于提取崎岖地形DEM

雷达干涉测量提取DEM用于陡峭山区是一个具有挑战性的问题,即使是对于高相干性的单轨传感器如美国航天飞机雷达测绘使命(SRTM)亦如此。近年来随着合成孔径雷达(SAR)干涉测量的成熟,它已成为一种可靠的和易于理解的生成地球表面数字高程模型(DEM)的方法。由于基于欧洲遥感卫星(ERS)的前后飞行的重复轨道干涉测量经常遇到现时影像不相关,仅在裸露地区的工作效果最好;单次通过系统可提供高相位相干性,因而可得到高质量的大范围地表的数据。但在阿尔卑斯山区这两种方法都遇到了山区所固有的困难。正是建立这类特别困难地区的DEM引起了人们极大的兴趣。本文论证了这一问题的难点,并拟定一种利用多次干涉图跨过和填补无效区域的算法。本文比较了SRTM和     

基于DEM的低相干区SAR干涉图卡尔曼滤波相位解缠算法

相位解缠是利用干涉合成孔径雷达(InSAR)进行DEM提取和微小地表形变测量的关键技术之一.常规的卡尔曼滤波相位解缠算法在地形平坦区域可以获得可靠的结果,但是在地形起伏较大的区域却容易产生误差的传递,致使其结果无法准确反演地表形变信息.为此,提出了一种基于DEM的SAR干涉图卡尔曼滤波相位解缠算法.该算法借助美国航天飞机测绘任务(SRTM)获得的DEM信息指导SAR干涉图解缠,以提高解缠的速度和精度.通过与常规卡尔曼滤波解缠算法的结果比较分析表明,利用SRTM DEM地形信息指导卡尔曼滤波相位解缠尤其能够提高低相干区域相位的解缠精度.     

基于酉ESPRIT算法的极化干涉相位估计

目前SAR极化干涉测量地形参数已经成为一种新兴的前沿技术。在现有提取极化干涉相位的技术中,由空间谱估计理论发展而来的,利用MUSIC、TLS-ESPRIT算法获取干涉相位信息的方法正逐步完善起来。但由于SAR信号存在散射点的观测数据少的问题,利用上述方法往往不能得到更高精度的干涉相位。作者提出的基于酉ESPRIT算法估算干涉相位的方法,充分利用了复观测数据以及共轭数据中的信息,使得观测数据等效增加了一倍,从而提高了植被高度参数的估计精度。本文详细阐述了该方法的原理和实施步骤,并通过对SIR-C/X-SAR的L波段实际数据进行验证处理,表明酉ESPRIT算法十分有效。     

机载SAR遥感测图技术及应用

合成孔径雷达(SAR)遥感不同于光学遥感的特点使得其在特定场合的应用有着独特的优势和应用潜力。该文系统介绍了中国测绘科学研究院近10年来在雷达测图数据获取、处理系统建设和雷达测图关键技术研究等方面的代表性成果,包括机载多波段多极化SAR测图系统、X波段双天线极化干涉SAR系统、微小型全极化MiniSAR系统等。针对机载SAR硬件系统的集成和测图软件系统开发中的难点问题和关键技术问题以及创新成果进行了重点阐述,对成果的主要应用进行了简要介绍。该文是对SAR测图课题组多年来研究成果的一个系统总结,也是对SAR遥感测图技术今后的研发重点的展望。     

提高海丝一号SAR影像定位精度的图像配准方法

海丝一号（HISEA-1）是国内首颗对标国际先进指标的C波段商业SAR卫星，最高成像分辨率为1 m，整颗星质量小于185 kg，具有轻小型、低成本、调度灵活等优点，但是其影像产品的定位精度相对于国内外高几何精度的卫星影像，如哨兵一号（Sentinel-1）干涉宽幅模式影像产品仍有差距。本文提出了一种利用图像配准技术提高SAR影像几何精度的方法，将已知高精度地理坐标的Sentinel-1数据作为参考基准，HISEA-1 SAR数据作为待配准图像，通过完成两者之间的精确匹配，以纠正HISEA-1SAR影像的定位精度。     

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。     

InSAR地形测绘若干问题研究

目前,我国已经把InSAR技术作为完成西部测图任务的重要技术手段之一,为了解决影响InSAR应用的技术瓶颈问题,促进InSAR技术的实用化,把InSAR技术应用于实际测绘生产之中,本文对InSAR相位解缠、干涉参数定标、解缠相位到高程转换、InSAR测绘作业流程及SAR影像制图等技术进行了研究;为了促进InSAR技术的进一步发展,为下一代InSAR系统的研制和应用奠定基础,本文对SAR图像仿真技术和干涉图仿真技术进行了研究,并在仿真数据的基础上,对多基线/多波段InSAR相位解缠技术进行了研究。本文在InSAR测绘作业流程设计、区域网平差干涉参数定标与高程控制点加密、SAR影像制图综合等方面的研究成果,对于促进我国InSAR技术的实用化和工程化具有积极意义;在SAR图像仿真和干涉图仿真方面的研究,为SAR系统设计和SAR仿真的应用奠定了基础;在多基线、多波段InSAR相位解缠方面所取得的研究成果,将促进我国多基线、多波段InSAR技术的发展。     

宽幅InSAR大地测量学与大尺度形变监测方法

随着人们对大尺度地形信息与地表环境变化监测需求的提升,以及哨兵1号（Sentinel-1A）、大地2号（ALOS-2）等合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）卫星的宽幅模式数据不断获取,宽幅雷达干涉测量（SAR interferometry,InSAR）技术已成为大尺度地形测绘、地球动力学（地震、火山、滑坡等）与人工地物结构健康监测等领域的研究热点。分析了两类宽幅SAR数据,即扫描（ScanningSAR,ScanSAR）模式与逐行扫描地形观测（terrain observation by progressive scans SAR,TOPSAR）模式开展干涉测量的主要限制条件与解决方法,探讨了宽幅InSAR形变监测关键误差估计与改正方法、时间序列分析技术与方位向位移观测技术,并给出2008年矩震级Mw 7.1新疆于田地震同震、震后形变监测应用。随着宽幅SAR数据的不断积累,宽幅InSAR大地测量学有望得到深入发展与应用。