一种机载InSAR地面定标控制测量布点方案及实践

苗小利

(西安煤航技术发展研究院，陕西西安710054)

一、引 言

近几年，机载干涉合成孔径雷达(InSAR)作为一种新的、先进的技术手段，已经逐渐应用于地形测绘。而地面定标控制测量则成为地形测绘研究的关键问题，许多学者进行了大量的研究，提出了基于特征点权重的区域网干涉定标方法[1]、基于区域网平差理论的定标方法[2]、基于敏感度方程的方法[3-4]、基于差分干涉定标的地形重建方法[6]及定标器布放[5]等，且多集中在方法论述、定标点布放规则等[1]方面。而对于复杂地形区域，野外布放地面控制点(GCP)难度很大[2]，因此，如何减少地面定标控制点的数量成为研究的热点。为此，本文基于实践的基础上，提出了一种实用的机载InSAR地面定标控制测量布点方案。该方案经过多个试验区上万平方千米飞行扫描，进行了近5000 km2的生产实践，验证了该方案的有效性和可行性。

二、机载InSAR地面定标控制测量布点方案

机载InSAR地面定标控制测量的方案受制于使用的机载InSAR系统和定位系统的精度。本方案采用中国科学院电子学研究所自主研制的机载InSAR系统及加拿大的POSAV510定位系统，适用于双天线、X波段机载InSAR系统测制1∶10 000、1∶50 000数字测绘成果，详细内容如下。

1)每个测绘带上沿方位向布设若干列。1∶10 000成图相邻列间距不大于20 km，1∶50 000每列间距不大于30 km，每列不少于3个控制点，控制点应充满距离向，覆盖整个测区范围，相邻测绘带控制点应尽可能公用，不能公用时应分别布点，如图1所示。

图1 规则区域控制点布设示意图

2)测区为不规则区域。除按上述要求布点外，凸出测绘带的边缘须沿距离向增布1列控制点，如图2所示。

图2 不规则区域控制点布设示意图

3)每个控制点上应布放角反射器。1∶10 000成图采用30 cm反射器;1∶50000成图采用40 cm反射器。

三、实践与分析

1．1∶10 000地面定标控制测量

为了对上述方案进行验证，笔者在约274 km2、10幅1∶10 000测区范围里，沿东西飞行方向布设3列控制点，共计21个，相邻两列间距不大于20 km。具体情况如图3所示。

同时，在测区北部布设了一个定标场，共计20个定标点(即图3中框外黑点)。

图3 1∶10 000控制点和定标场的布设

在上述控制点布设方案和定标场布设的情况下，进行了1个架次的飞行，获取了InSAR数据，并测制了DEM、DOM、DLG产品，同时对成像控制点平面和高程精度进行了检测，结果如表1～表2所示。

表1 1∶10 000定标控制点平面精度统计表 m

表2 1∶10 000定标控制点高程精度统计表 m

由表1～表2可知，在1∶10 000测区内按上述布点方案进行布设地面定标控制点，其成像定标控制点的平面中误差为0．492m，高程中误差为0．419m。其中，高程精度达到了国家规范要求的一级平地DEM的精度;平面精度达到了国家规范要求的1∶10000成图精度的十分之一。

2．1∶50 000地面定标控制测量

与此同时，笔者也进行了1∶50 000成图的飞行，面积约为5000 km2，沿东西飞行方向布设3列控制点，相邻两列间距不大于30 km，共计49个控制点。具体情况如图4所示。

同时，在测区南、北部各布设了一个定标场，共计34个定标点(即图4中圈内的黑点)。

图4 1∶50 000控制点和定标场的布设

在上述控制点布设方案和定标场布设的情况下，进行了6个架次的飞行，获取了InSAR数据，并测制了DEM、DOM、DLG产品，同时对成像控制点的平面和高程进行了检测，结果如表3～表4所示。

表3 1∶50 000定标控制点平面精度统计表 m

续表3 m

表4 1∶50 000定标控制点高程精度统计表 m

续表4 m

由表3～表4可知，在1∶50 000测区内按上述布点方案进行布设地面定标控制点，其成像定标控制点的平面中误差为 2．183 m，高程中误差为1．1532m。其中，高程精度达到了国家规范的一级平地DEM的精度要求;平面精度达到了国家规范要求1∶50 000成图精度的十分之一。

四、结束语

实践结果验证了采用本文提出的机载InSAR地面定标控制测量布点方案，对机载InSAR数据进行联合定标，其平面和高程精度可以满足生产1∶10 000、1∶50 000DEM、DOM、DLG 数字测绘成果的要求。

其次，本方案所布设的地面定标控制点数并非最少，而是适应于目前的机载InSAR系统。相信随着机载InSAR系统的不断完善、定位导航系统精度的不断提高，地面定标控制点数量必然会不断减少，从而真正突现出机载InSAR不受天气影响的优势。

[1]韩松涛，向茂生．一种基于特征点权重的机载InSAR系统区域网干涉参数定标方法[J]．电子与信息学报，2010，32(5)：1245-1247．

[2]胡继伟，洪峻，明峰，等．一种适用于大区域稀疏控制点下的机载InSAR定标方法[J]．电子与信息学报，2011，33(8)：1792-1794．

[3]张薇，向茂生，吴一戎．基于正侧视模型的机载双天线干涉SAR外定标方法[J]．遥感技术与应用，2008，23(3)：346-349．

[4]张薇，向茂生，吴一戎．基于三维重建模型的机载双天线干涉SAR外定标方法及实现[J]．遥感技术与应用，2009，24(1)：82-85．

[5]王彦平，彭海良，云日升．机载干涉合成孔径雷达定标中的定标器布放[J]．电子与信息学报，2004，26(1)：89-93．

[6]李品，张冬晨，王东进，等．InSAR系统差分干涉定标的研究[J]．中国科技大学学报，2009，39(5)：460-465．