SAR卫星业务化地形测绘能力分析与展望

从业务化应用的角度针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)卫星的平面定位能力及高程测量能力进行了分析与展望.在平面定位方面,TerraSAR-X、COSMO-SkyMed及天绘二号已经达到了1:50000比例尺数字正射影像产品生产指标要求,其中TerraSAR-X的业务化平面定位精度优于2 m,其业务化控制点产品生产精度为3 cm.本文综合介绍了厘米级高精度无控平面定位过程中的误差来源及检校方法.在高程测量方面,T anDEM-X及天绘二号已经达到了1:50000比例尺数字高程模型产品生产指标要求,其中T anDEM-X如果不考虑茂密植被区及冰雪覆盖区,其高程测量精度优于0.88 m.本文综合介绍了业务化无控高程测量过程中的误差来源及检校方法.本文的研究内容为国产SAR卫星的平面定位和高程测量提供了一定的技术参考.     

稀少控制的多平台星载SAR联合几何定标方法

几何定标采用地面控制点获取距离-多普勒模型中的精确几何参数,用于完成星载SAR影像高精度几何定位。但在广域范围内,特别是高山地区域,控制点极难获取。此外,传统定标方法仅面向单一平台SAR影像,尚不能实现多平台影像的联合几何定标。针对上述问题,本文提出一种基于稀少控制的多平台星载SAR联合几何定标方法。该方法从包含实测控制点的主影像出发,使用点位追踪算法获取主影像与从影像之间的连接点,并以连接点为桥梁逐级完成从影像的几何定标。本文采用京津冀地区南北向分布共计235 km的3景TerraSAR-X、3景TanDEM-X、5景高分三号影像进行联合几何定标试验,仅使用5个控制点即完成了所有影像的几何定标,并利用SF-3050星站差分GNSS接收机采集实测GPS点进行精度评价。结果表明使用稀少控制点定标后的TSX/TDX影像的几何定位精度优于3 m,GF-3影像的几何定位精度优于7.5 m,验证了该方法的有效性和正确性。     

PS-InSAR和SBAS-InSAR技术对昆明主城区地面沉降监测的对比分析

以昆明主城区为例,分别利用PS-InSAR和SBAS-InSAR技术对2014—2017年间29景升轨Sentinel-1A数据进行沉降监测,对比两种技术得到的沉降结果,进行剖面图分析与时序分析。结果表明,PS-InSAR和SBAS-InSAR技术监测结果具有一致性、相关性和可靠性。研究发现,昆明市沉降漏斗主要位于居民区、地铁、道路、高速公路以及滇池等区域,最大年沉降速率可达-39.580mm/a,累积沉降量达到85mm。研究表明,昆明主城区地面沉降主要由于近几年城市和轨道交通建设的飞跃发展,导致居民区和交通网络密集,地面载荷增加,地下隧道开挖与地下水开采等原因引起地面软土地层下沉。     

全球数字高程产品概述

随着世界各国乃至全球信息化和数字化的发展以及全球化热点问题的研究,高精度、高分辨率全球数字高程产品在广泛的应用领域中扮演着越来越重要的角色。为了方便不同用户根据个人需求选择合适的数据产品,本文首先论述了数字高程产品的精度衡量指标,并对其常用的指标进行等价描述,以便不同数字产品之间的比较分析;然后从全球化高程数据的获取方式出发,经由最初的多源数据融合,到后续基于光学立体摄影测量及合成孔径雷达干涉测量InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar)的全球测图,对其发展的ETOPO、GTOPO30、GMTED2010、ASTER GDEM、AW3D30、SRTM及TanDEM-X DEM全球化数据产品的主要性质和特点进行详细介绍,并简单概括了不同数字产品的发展历程。在此基础上,本文以宁夏回族自治区吴忠市一座山脉为例,通过定性及定量对比的方式详细分析了1″及3″经纬度格网分辨率下的数字高程产品。分析表明,对于采用同一种技术手段生产的数字高程产品,AW3D30及ASTER GDEM均展现出相对丰富的地貌细节特征,均优于SRTM及TanDEM-X DEM产品,但ASTER GDEM产品颗粒效应明显,且产品精度较低;而TanDEM-X DEM是从更高分辨率产品重采样获取,因此相对平滑;就数字高程产品的高程精度而言,TanDEM-X DEM产品精度最高,其次为AW3D30及SRTM产品,均远优于由多源数据融合获取的全球数字产品。     

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。     

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。     

应用升降轨SBAS-InSAR技术监测昆明市地面沉降

将SBAS-InSAR技术应用于昆明主城区地面沉降监测,单独处理同一地区2014~2017年的29景升轨和32景降轨Sentinel-1A、1B数据。在升降轨模式下进行数据处理与精度验证,结果表明两种模式下所得到研究区域的平均沉降速率和时序分析基本保持一致。研究发现昆明市沉降漏斗主要位于居民区、地铁、道路、高速公路、以及滇池区域,最大年均沉降速率可达-38.975 mm/a,累积沉降量达到89 mm。研究表明,昆明市地面沉降主要由于近几年城市化建设和轨道交通建设的飞跃发展,导致居民区和交通网络密集,地面载荷增加,地下隧道开挖与地下水开采等问题引起地面软土地层下沉而产生明显的沉降现象。     

高分三号SAR影像广域范围联合几何检校技术

在获取广域范围雷达遥感正射影像图时,需要对区域内每景SAR影像进行几何参数修正,提高SAR影像的定位精度。但在广域范围进行控制点的选取和影像的逐一修正,其工作量巨大,严重影响了SAR影像分析应用的效率。对此,本文提出了一种广域范围联合几何检校方法。该方法在R-D模型的基础上,首先利用少许SAR影像计算其独立的系统级检校参数,其次去除系统级检校参数中大气延迟分量的影响,然后依据最小二乘平差原理获取最优的系统级检校参数,最后利用最优的系统级检校参数对所有SAR影像进行几何检校处理。论文采用覆盖中国中东部地区的32景GF-3SAR影像进行联合几何检校试验,检校后的SAR影像定位中误差优于9 m。试验结果表明:该方法能够提高GF-3 SAR影像几何检校的精度,验证了其有效性和可行性。     

星载InSAR在地形测绘中的误差来源分析

合成孔径雷达干涉（InSAR）技术是最有效的测图手段之一,然而InSAR地形测绘过程中极易受到各类误差的影响。本文探讨了国产SAR卫星无法业务化干涉的主要原因,并从卫星的干涉几何出发,研究了InSAR在地形测绘中的误差来源,研究表明,主星定轨误差、斜距测量误差、基线测量误差以及相位误差是地形测绘中的一级误差源。最终对一级误差带来的高程误差进行了定量分析,并对部分一级误差进行了分解,定位了二级误差源。     

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。