机载合成孔径雷达技术在地形测绘中的应用及其进展

廖全军

摘  要：随着科技的进步与发展，测绘技术也得到大幅度的提升和发展。其中机载合成孔径雷达技术的应用尤为广泛。合成孔径雷达（SAR）技术由于其全天候、全天时的工作能力，成为近几年来摄影测量与遥感领域的研究热点。机载SAR系统的逐渐增多，为SAR技术的发展提供了丰富的数据源。该文将针对机载合成孔径雷达技术在地形测绘中的应用及其进展进行分析。

关键词：合成孔径雷达  地形测绘  机载合成孔径雷达  应用前景

中图分类号：P21                                     文献标识码：A                        文章编号：1672-3791（2019）04（b）-0050-02

合成孔径雷达作为雷达的一种类型，是一种具有高分辨率的成像雷达（见图1）。其具体成像方式就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一个较大的等效天线孔径雷达。相对于普通雷达而言，合成孔径雷达分辨率更高、工作时间更长，并且能够有效识别伪装以及穿透掩盖物。随着机载合成孔径雷达技术的发展，也为合成孔径雷达的发展提供了丰富的数据和发展条件。

1  机载合成孔径雷达的介绍

1.1 合成孔径雷达的干涉技术

首先介绍一下合成孔径雷达的干涉技术。这项技术主要是依靠飞机或者卫星，采用单轨与复轨的运行模式进行具体勘探。根据测绘目标与前几天勘探位置的几何关系同时结合复轨图像的相位差，从而得到合成孔径雷达的干涉纹图。除此之外，合成孔径雷达的干涉技术还可以绘制勘测目标的三维图像以及获取DEM数据。下面具体的介绍一下：首先针对获取目标的三维图像，具体方法是利用雷达成像的相位差数据，计算这个数据与雷达波长以及雷达传感器高度的关系从而对数据进行分析处理，得到三维图像。其次，针对DEM数据的获取，具体步骤为先通过雷达进行相关数据的收集，此时的收集过程就是应用到干涉条纹，然后消除数据中的平地效应、相位噪声以及相位解缠等，即可获得DEM数据。

1.2 合成孔径雷达的极化干涉技术以及永久散射体雷达干涉技术

首先对极化干涉技术进行分析，由名字容易得知极化干涉技术就是把合成孔径雷达的极化技术与干涉技术相融合。把这两项技术结合以后，合成孔径雷达的干涉技术的优点充分体現出来，即测绘精度大大提高，这是由于合成孔径雷达的极化技术解决了由于散射机制而产生的局限性问题。同时这样的组合方式不仅使测绘精度更高也极大的提升了勘测工作的效率。其次，分析永久散射体雷达干涉技术，这项技术的优点就是能够有效提高长极距离的测绘精度降低由于大气对勘测工作带来的影响，同时也能实时监控勘测目标的沉降状态，得到精细的勘测结果。表1所示的是全球鹰合成孔径雷达系统技术指标统计表。

2  机载合成孔径雷达的应用

2.1 机载合成孔径雷达在地形勘探领域的应用

由于机载合成孔径雷达是通过频段脉冲信号来传递信息和数据，所以可以满足多种勘测环境的需求，同时还能实时监控勘测目标。比如海洋、天空以及地面勘测都可以使用机载合成孔径雷达。在具体的勘探中，由于机载合成孔径雷达可以收集很多数据，所以需要建立一个较大的网络平台来处理相应的数据。在机载合成孔径雷达勘探地面的过程中，不仅可以应用在平坦的陆地结构，对于山丘、洞穴，甚至坡地狭缝都可以进行精确的勘探。除此之外，在勘探时可以精确对勘探目标进行成像，无论是森林、丘陵，或是绿色植被，都可以清晰地呈现出来。

2.2 机载合成孔径雷达应用于工程测量

机组合成孔径雷达除了可以应用于地形勘探以外，在工程测量中也同样适用。由于机载合成孔径雷达技术的进步，相较于传统的测量，这项技术更加经济而且准确。测量技术的精确对于工程安全来说起着重要作用，所以在工程上相较于其他测量方式，设计人员也偏向采用机载合成孔径雷达技术。其不仅可以提供精准有效的数据，还能实现对工程体的多个角度的测量和监控，实现高效的测量工作。

3  机载合成孔径雷达技术主要特点

机载合成孔径雷达技术作为一种新兴的测绘技术，相较于传统的雷达技术而言存在较大的优势和长足的进步，是对传统雷达技术的更新和完善。下面将从几个方面具体介绍机载合成孔径雷达技术的主要特点。

3.1 机载合成孔径雷达精度高

由上文介绍可以得知，机载合成孔径雷达系统应用到的合成孔径雷达干涉测量技术以及极化干涉技术和永久散射体雷达干涉技术都有效提高了机载合成孔径雷达系统的精度。其主要原因还是机载合成孔径雷达的工作原理，即主要应用固定频率的脉冲波来进行测量。其受到天气和地形因素的影响小，同时该技术采用独立的天线进行波段的收发，这也进一步减小测绘误差出现的可能性。对于不同的天线收发的波段统一经由合成孔径处理后再整理收发。该系统的数据收集和整理能力极强，不仅能同时分析多根天线的收发内容，还能统一处理分析数据，进而提高勘测的精确度。虽然当前机载合成孔径雷达系统已经发展迅速，但是随着技术的进一步发展和革新，测绘精度会进一步提高，同时系统也会越来越精确、优良。

3.2 机载合成孔径雷达操作简单效率高

众所周知，雷达系统的监测和使用都十分复杂，这就对雷达系统的使用者提出了较大的考验。由于对操作人员的专业技术要求较高，传统雷达勘测系统操作困难、测量误差大而且工作效率低。但是随着科技的发展与进步，当前的机载合成孔径雷达系统操作就简化很多。当前的雷达系统更加精确，而且操作难度明显降低，对于操作人员来说，尽管没有渊博的专业知识也能迅速上手操作，获得比较理想的勘测效果。最为典型的例子就是无人勘测机，作为操作者一方只需要操作无人机的方向，勘测系统就可以自动生成所需要方位的图像，操作人员并不需要花费太多时间和精力进行测量工作以及测量数据的分析处理，相较于传统的测量方式更加高效、便捷。

4  结语

综上所述，机载合成孔径雷达技术以及其相应的勘测系统对于当前多个领域，尤其是在地形勘探领域的测绘工作而言十分重要。虽然现在的机载合成孔径雷达系统仍然存在瑕疵，但是随着技术的发展与进步，相对应的勘测系统也能进一步完善发展，为测绘领域做出更大贡献，同时拥有更加美好的发展前景。

参考文献

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