InSAR地形測繪若干問題研究

靳國旺

中國科學院電子學研究所微波成像技術國家級重點實驗室,北京100190

目前,我國已經把InSAR技術作為完成西部測圖任務的重要技術手段之一,為了解決影響InSAR應用的技術瓶頸問題,促進InSAR技術的實用化,把InSAR技術應用于實際測繪生產之中,本文對InSAR相位解纏、干涉參數定標、解纏相位到高程轉換、InSAR測繪作業流程及SAR影像制圖等技術進行了研究;為了促進InSAR技術的進一步發展,為下一代InSAR系統的研制和應用奠定基礎,本文對SAR圖像仿真技術和干涉圖仿真技術進行了研究,并在仿真數據的基礎上,對多基線/多波段InSAR相位解纏技術進行了研究。論文的主要研究內容和工作包括:

(1)分析、總結當前制約我國 InSAR技術應用的技術瓶頸問題,指出相關研究方向,點明解決方案。

(2)介紹幾種常用的 SAR構像模型。針對正側視SAR構像模型,研究SAR圖像仿真技術,設計實現基于DEM和地物分類信息的SAR圖像仿真方案,獲得了較好的SAR圖像仿真效果。

(3)根據InSAR基本原理和正側視SAR構像模型,借鑒攝影測量中所采用的影像正射糾正方法,完成直接法和間接法InSAR干涉圖仿真,為多基線、多波段InSAR相位解纏技術研究提供良好的試驗數據。

(4)設計完成基于瞬時頻率估計的單基線、單波段InSAR相位解纏方法。

(5)利用仿真的干涉數據,對多基線 InSAR相位解纏技術進行了研究。將中國余數定理引入到多基線InSAR相位解纏中,實現了基于中國余數定理的多基線InSAR相位解纏;借鑒干涉圖零中頻矢量濾波思想,由最短垂直基線干涉圖濾波和相位解纏開始,采用以較短基線干涉圖解纏結果指導較長基線干涉圖相位解纏的差分濾波方案,實現多基線InSAR相位解纏。

(6)利用仿真的干涉數據,對多波段 InSAR相位解纏技術進行研究。與多基線InSAR相位解纏類似,根據干涉條紋頻率與雷達波波長之間的內在比例關系,設計實現了基于中國余數定理的多波段InSAR相位解纏方案和基于差分濾波的多波段InSAR相位解纏方案。

(7)針對我所自主研制的機載雙天線 InSAR系統,從InSAR基本原理出發,設計一種考慮基線長度、基線水平角和干涉相位偏置的干涉參數定標新模型,并在此基礎上,提出基于區域網平差的干涉參數定標和高程控制點加密方案,推導了考慮地球曲率影響的干涉參數定標模型,采用我所機載雙天線InSAR系統獲取的山東某地區的干涉數據進行試驗驗證。

(8)采用機載 InSAR數據和模擬干涉相位數據對InSAR解纏相位到高程轉換的有理函數模型進行研究和試驗,初步驗證其可行性。

(9)結合國家西部測圖工程的開展,從實際測繪作業角度出發,借鑒攝影測量作業流程和作業規范,設計大區域InSAR測繪作業流程,給出InSAR測繪作業中一些需要注意的問題,指明InSAR測繪作業中涉及的主要內業和外業工作,對由InSAR數據獲取的居民地、水域、道路等典型矢量地物要素進行初步的制圖綜合試驗。