InSAR地形测绘若干问题研究

靳国旺

中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室,北京100190

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。论文的主要研究内容和工作包括:

(1)分析、总结当前制约我国 InSAR技术应用的技术瓶颈问题,指出相关研究方向,点明解决方案。

(2)介绍几种常用的 SAR构像模型。针对正侧视SAR构像模型,研究SAR图像仿真技术,设计实现基于DEM和地物分类信息的SAR图像仿真方案,获得了较好的SAR图像仿真效果。

(3)根据InSAR基本原理和正侧视SAR构像模型,借鉴摄影测量中所采用的影像正射纠正方法,完成直接法和间接法InSAR干涉图仿真,为多基线、多波段InSAR相位解缠技术研究提供良好的试验数据。

(4)设计完成基于瞬时频率估计的单基线、单波段InSAR相位解缠方法。

(5)利用仿真的干涉数据,对多基线 InSAR相位解缠技术进行了研究。将中国余数定理引入到多基线InSAR相位解缠中,实现了基于中国余数定理的多基线InSAR相位解缠;借鉴干涉图零中频矢量滤波思想,由最短垂直基线干涉图滤波和相位解缠开始,采用以较短基线干涉图解缠结果指导较长基线干涉图相位解缠的差分滤波方案,实现多基线InSAR相位解缠。

(6)利用仿真的干涉数据,对多波段 InSAR相位解缠技术进行研究。与多基线InSAR相位解缠类似,根据干涉条纹频率与雷达波波长之间的内在比例关系,设计实现了基于中国余数定理的多波段InSAR相位解缠方案和基于差分滤波的多波段InSAR相位解缠方案。

(7)针对我所自主研制的机载双天线 InSAR系统,从InSAR基本原理出发,设计一种考虑基线长度、基线水平角和干涉相位偏置的干涉参数定标新模型,并在此基础上,提出基于区域网平差的干涉参数定标和高程控制点加密方案,推导了考虑地球曲率影响的干涉参数定标模型,采用我所机载双天线InSAR系统获取的山东某地区的干涉数据进行试验验证。

(8)采用机载 InSAR数据和模拟干涉相位数据对InSAR解缠相位到高程转换的有理函数模型进行研究和试验,初步验证其可行性。

(9)结合国家西部测图工程的开展,从实际测绘作业角度出发,借鉴摄影测量作业流程和作业规范,设计大区域InSAR测绘作业流程,给出InSAR测绘作业中一些需要注意的问题,指明InSAR测绘作业中涉及的主要内业和外业工作,对由InSAR数据获取的居民地、水域、道路等典型矢量地物要素进行初步的制图综合试验。