机载重轨干涉SAR三维定位方法研究

发布时间：2020-08-17 14:26

【摘要】：合成孔径雷达(SAR)不同于传统的光学观测系统,可以全天候、全天时观测,是具有高穿透、高分辨特性的主动对地观测技术。机载SAR相对于星载SAR具有容易实现、灵活性高和实时成像的优势,并可为星载SAR提供测试验证。干涉合成孔径雷达(InSAR)技术在具备SAR成像技术优点的同时,可以利用两幅复图像的干涉相位差生成目标地面的高精度三维地貌图像。机载重轨干涉合成孔径雷达(RP-InSAR),突破了双天线系统受载机平台尺寸的限制,在针对局部地区实施的地形测绘和形变监测中,具有无可替代的作用。特别的,地表微量形变监测和地表活动监测受限于必须不同时间观测的要求,必须使用RP-InSAR进行干涉测量。为了获得精确的地面高程信息,机载重轨干涉SAR测量的两次飞行轨迹必须保持在一个特定的空间基线的附近。目前,国内的机载重轨干涉SAR系统的导航系统精度有限,载机飞行轨迹往往偏离理想航迹。在实际重轨测量中,载机飞行高度和姿态往往不能够长时间保持稳定,因而载机飞行过程中会产生位置偏移和姿态变化;受到载机位置与姿态测量系统的精度限制,雷达天线相位中心位置和波束指向等参数的测量结果仍然存在误差。由于机载重轨干涉SAR影像对两次观测时的载机飞行航迹不完全重合,所以即使在运动补偿后,两幅干涉复图像之间仍然会存在明显的不规则的相对形变。表现为同名像元对应的地面分辨单元大小不一致,特别的在长基线条件下,从SAR影像近距端到远距端,地距大小不一致程序逐渐加大,干涉复图像失配逐渐严重,相干性大大降低,造成后期干涉处理困难,无法获取高精度DEM,难以进行三维定位。为了实现重轨机载干涉SAR的三维定位,本文通过对重轨机载干涉SAR影像对存在的几何形变和其形成原因进行分析,研究与SAR影像相关的坐标系统及各坐标系统之间的转换关系,推导了机载重轨InSAR解析构像模型和三维定位模型,提出了基于RD构像模型的干涉处理方法和高精度定位方法。该方法从精准的SAR成像几何关系出发,利用POS数据和少量地面控制点信息,通过RD构像模型解算每景影像航高和初始斜距改正值,实现干涉SAR影像对同名像元的高精度相对定位,实现干涉SAR影像对配准,从而获取高精度DEM,最终实现主影像像元的三维定位。本文实验数据为2014年10月于海南省陵水地区进行机载重轨测量获取的干涉SAR影像对。影响机载重轨InSAR影像配准精度的重要原因是飞行轨迹不完全重合和POS数据精度过低,同时造成同名像元难以精准定位。实验结果表明,引入地面控制点信息,通过RD构像模型解算误差方程修正成像参数,获取高精度DEM和影像像元的三维定位结果。该方法可以有效解决传统方法在处理大区域影像时无法满足精度要求的问题,良好的解决了机载重轨干涉SAR的三维定位问题。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P237
【图文】：

影像,重轨,干涉SAR,影像

10（a）主图像（b）辅图像图 2-3 机载重轨干涉 SAR 影像对一般来说，为保证机载 SAR 影像在方位向和距离向均可以实现高分辨率成像，载机平台在飞行过程中应尽量保持匀速直线飞行。因为实际飞行中，受到气

影像,三视图,航迹,影像

重轨干涉 SAR 理论基础流影像、GPS 定位和导航系统的影像，载机不会作匀速飞行并产生上下左右的偏转和抖动，降低成像质量，同时造成定位困难。载机的非匀速飞行将造成方位向像元大小不一致；非直线的航迹会导致天线波束中心指向偏离，使得影像产生不规则畸变。近距压缩指的是，在地面上近距端和远距端等间距的地物目标，在雷达斜距影像上，存在近距端比远距端短的多的现象。当侧视角变化较大时，在近距端目标影像变化明显，当斜视角变化较小时，影像变形不明显。由于雷达斜距影像近距压缩现象的存在，在影像的距离向上，影像比例尺随对应于影像像元的斜距增大而减小，即近距端影像的比例尺要小于远距端影像的比例尺。所以近距压缩又可以被理解为近距离比例尺压缩。

散点图,影像,极大值分布,坐标差

机载重轨 InSAR 干涉处理因而，图 4-5 结果表明，本文配准方法确实可以有效解决在距离向上，影像对从近斜距端到远斜距端像元大小不一致导致的同名像元失配，并且在大区域SAR 影像上实现主辅影像像元的一一对应，使得影像对之间的相对定位更加准确。为了确定本文的干涉 SAR 配准方法在影像对相干性上的保持程度，特别针对影像对的远斜端、几何形变程度大的区域进行了相干性计算、干涉条纹生成和解缠绕处理，处理结果如图 4-6、4-7 所示。

【参考文献】