機載-星載InSAR定標模型與方法.pdf

1、數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)已在國民經濟、國防軍事、環(huán)境規(guī)劃和災害監(jiān)測等領域發(fā)揮著重要作用。相較于水準測量、GPS測量、航片影像和遙感影像等傳統(tǒng)DEM制作方法，干涉合成孔徑雷達(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)技術具有全天候全天時、大面積成像的優(yōu)點，而且能穿透云霧的影響，實現(xiàn)高精度的DEM制作，已成為獲取全球高精度DEM數(shù)據的重要手段

2、之一。
　　InSAR系統(tǒng)根據其搭載平臺的不同分為機載InSAR和星載InSAR，其杰出代表分別為航天飛機雷達地形測繪任務(Shuttle Radar Topography Mission，SRTM)和TanDEM-X計劃，兩者先后在2000年和2016年獲取全球DEM數(shù)據，他們的成功標志著機載和星載InSAR技術在獲取全球DEM的優(yōu)勢。當然高精度DEM數(shù)據的獲取一方面依賴于InSAR平臺指標設計，另一方面取決于各類定標技術的保障

3、。SAR設備本身的相位偏移誤差、局部振蕩誤差等部分系統(tǒng)參數(shù)誤差可在SAR內定標階段校正，但是和測量誤差、時延誤差相關的基線、斜距、平臺位置和速度等的參數(shù)誤差仍會在DEM制作過程中影響DEM精度，對這些誤差的校正是InSAR提取高精度DEM的重要階段，而干涉定標的目的就是使用地面控制點對各類干涉參數(shù)進行誤差校正，進而提高DEM精度。
　　InSAR獲取DEM的步驟主要包括干涉相位計算、平地相位去除、相位解纏和DEM重建。InSAR三

4、維重建是DEM重建的重要方法，它直接將相位映射到大地坐標，不僅有助于減少誤差傳遞，而且能有效控制三維坐標精度。本論文將結合機載和星載InSAR平臺的特點，根據InSAR三維重建模型分別提出了一種適用于機載和星載系統(tǒng)的干涉定標模型。主要的工作涉及以下幾個方面:
　　1.基于InSAR三維重建方程，論文提出機載和星載平臺的干涉定標模型。針對機載InSAR天線布設情況多樣化的發(fā)展趨勢以及交叉軌干涉測量的特性，將載機坐標系Y和Z方向的基線

5、分量、多普勒頻率、初始斜距和干涉相位作為定標參數(shù);針對星載InSAR平臺，首先分析了各參數(shù)誤差對三維坐標定位精度的影響，確立了星載InSAR待定標參數(shù)，即TCN坐標系C和N方向的基線初值、基線速率、初始斜距、干涉相位、多普勒系數(shù)f0、f1和f29個參數(shù)。
　　2.無論是機載干涉定標模型還是星載干涉定標模型都存在敏感度矩陣條件數(shù)過大的問題，矩陣病態(tài)會降低定標模型解算結果的可靠性。為此本論文將引入基于嶺估計的正則化方法改善干涉定標模型

6、，以獲取正確地干涉參數(shù)改正值。
　　3.論文使用陜西地區(qū)Ka波段機載InSAR數(shù)據驗證了機載干涉定標模型的正確性，并進行了實驗分析。文中選取了4種分布形式的定標點方案進行干涉定標實驗，采用改正后的干涉參數(shù)生成DEM并進行精度評價，分析發(fā)現(xiàn)控制點布設形式會影響定標精度，控制點應遵循一定的布放規(guī)則，即盡量在同一方位向上，沿距離向間隔分布。實驗結果驗證了本論文提出的機載InSAR定標模型的正確性及有效性，得到的DEM高程中誤差為0.37

7、 m，平面定位中誤差為0.54 m。
　　4.論文使用北京地區(qū)TanDEM-X影像驗證了星載干涉定標模型的正確性，并進行了實驗分析。首先采用北京城區(qū)的TanDEM-X影像和實測控制點數(shù)據進行了干涉定標實驗，將定標DEM與未定標DEM進行精度比較。實驗結果表明干涉定標能提高DEM精度，定標后DEM高程中誤差為2.08 m，平面中誤差為8.69 m;然后采用北京門頭溝地區(qū)的TanDEM-X影像、實測控制點數(shù)據和冰、云和陸地高程衛(wèi)星/地

8、學激光測高系統(tǒng)(Ice, Cloud and land Elevation Satellite/Geoscience Laser Altimeter System, ICESat/GLAS)數(shù)據聯(lián)合進行干涉定標處理。實驗選取了基于控制點定標、基于ICESat/GLAS點定標、控制點和ICESat/GLAS點聯(lián)合定標3種方案，實驗結果表明聯(lián)合控制點和ICESAT/GLAS點數(shù)據共同定標的方案，既能保證控制點在測區(qū)內的均勻分布，又能提高定標