基于物理模型的TerraSARX衛星3米分辨率影像無控定位精度評估

李向英　隋雪蓮

摘 要：隨著高分辨率雷達衛星不斷投入使用，高分辨率雷達衛星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關注的對象。該文即以TerraSARX衛星的3 m分辨率影像為對象，在立足衛星基本性能的分析結果，以雷達衛星物理模型為基礎，設計了精度試驗，對TerraSARX衛星3米分辨率影像的無控定位精度以及依托無控定位成果生產可見光衛星影像的精度進行了評估。

關鍵詞：物理模型 定位精度 評估

中圖分類號：TP751 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像機理不受氣象條件影響的特點，雷達衛星影像在國土測繪中一直獨具特色。然而，受限于分辨率問題，雷達影像的推廣受到一定限制。近幾年，隨著高分辨率雷達衛星不斷投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷達衛星影像的應用范圍愈來愈廣，相應的，對于高分辨率雷達衛星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關注的對象。該文即以TerraSARX衛星的3 m分辨率影像為對象，通過基于物理模型的精度試驗，對TerraSARX衛星3 m分辨率影像的定位精度進行了評估。

1 TerraSARX衛星簡介

TerraSARX衛星影像是目前我國商用遙感衛星服務領域中少數的高分辨率雷達衛星影像產品之一。TerraSARX衛星影像憑借1米的分辨率優勢和X波段對地物細節的表現能力以及雷達衛星獨有的不受天候氣象影響的優勢，已經在我國的測繪制圖領域內發揮出獨具特色的作用。

TerraSARX衛星提供三種模式的影像產品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像產品、3米分辨率的StripMap模式影像產品和1米分辨率的SpotLight模式影像產品。

StripMap模式影像產品分辨率為3 m。該產品幅寬，在單極化成像時為30 km，雙極化模式成像時為15 km。該產品標準景長度為50 km，標準掃描帶長為1650 km，最長持續拍攝時間內可提供4200 km長的條帶數據。StripMap模式影像產品的極化模式包括單極化（VV、HH）、雙極化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全極化（HH/VV/HV/VH）等。該模式產品的數據采集范圍在南北緯15～60 °之間，最佳采集范圍在南北緯20～45 °之間。

2 TerraSARX衛星3 m分辨率影像定位精度評估

2.1 TerraSARX衛星的物理模型

科學、嚴密、合理的模型是實現傳感器精度指標的關鍵，是達到精確定位目的的根本保證。如果在模型設計和實現過程中，能夠盡可能的對誤差源予以考慮，則可在最大限度上消除測繪過程中的系統誤差。我們以嚴格的雷達衛星物理模型作為定位解算基礎，使模型中的每一要素都具備實際的物理意義。

2.3 評估結論

基于自主生產的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與控制點精度比較，平面和高程的中誤差均小于5 m。

基于自主生產的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與航外檢查點精度比較，平面和高程的定位精度優于10 m，高程定位精度優于5 m。

對以上實驗結果可見，盡管實驗中兩批次控制點的比較體現出明顯差異，但是，必須注意到在3 m分辨率影像基礎上的精度檢查環節，判讀誤差的存在不可避免。

從兩次統計結果看，在加入判讀帶來的0.5～2像元誤差，即1.5～6 m的判讀誤差。（判讀誤差系由對一定作業人員群體的相關判讀實踐統計取得）

因此，在考慮了判讀誤差對實驗結果的影響后，可以認為，依托雷達衛星物理模型，TerraSARX衛星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以滿足1∶25000比例尺制圖平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相較平面精度，依托雷達衛星物理模型解算的TerraSARX衛星3米分辨率影像的高程定位精度，僅滿足1∶50000比例尺制圖高程限差要求，無法取得的精度統計結果。

參考文獻

[1] 魏中銓.合成孔徑雷達衛星[M].北京：科學出版社，2001.

[2] 肖國超，等.雷達攝影測量[M].北京：解放軍出版社，2001.

[3] 王超.星載合成孔徑雷達干涉測量[M].科學出版社，2002.

[4] Kuala Lumpur.TerraSAR-X Mapping Course.2011.

[5] 高力，SAR攝影測量處理的基本方法和實踐[D].解放軍信息工程大學，2004.

[6] Thierry Toutin，Laurence Gray State-of-art of elevation extraction from satellite SAR data，Canada Centre for Remote Sensing.

[7] F.Lberl.Radargrammetric processing[M].Artech House，1990.

[8] 張翠.高分辨率SAR圖像自動目標識別方法研究[D].國防科技大學，2003.

[9] 周月琴，鄭肇葆，李德仁，等.SAR圖像立體定位原理與精度分析[J].遙感學報，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星載合成孔徑雷達目標定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星載SAR狀態矢量的兩種求解算法及其在像素定位中的應用[C]//第十二屆全國遙感技術學是交流會.2000.

[12] EarthView-Remote Sensing Image Processing and Analysis Software.http：//atlsci.com/products/earthview.html.

[13] 舒寧.微波遙感原理[M].武漢測繪科技大學出版社，2003.

[14] ASTRIUM，TerraSAR-X Radargrammetry Module Production Training，2010.

[15] ASTRIUM，Frame camera description，2010.endprint

摘 要：隨著高分辨率雷達衛星不斷投入使用，高分辨率雷達衛星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關注的對象。該文即以TerraSARX衛星的3 m分辨率影像為對象，在立足衛星基本性能的分析結果，以雷達衛星物理模型為基礎，設計了精度試驗，對TerraSARX衛星3米分辨率影像的無控定位精度以及依托無控定位成果生產可見光衛星影像的精度進行了評估。

關鍵詞：物理模型 定位精度 評估

中圖分類號：TP751 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像機理不受氣象條件影響的特點，雷達衛星影像在國土測繪中一直獨具特色。然而，受限于分辨率問題，雷達影像的推廣受到一定限制。近幾年，隨著高分辨率雷達衛星不斷投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷達衛星影像的應用范圍愈來愈廣，相應的，對于高分辨率雷達衛星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關注的對象。該文即以TerraSARX衛星的3 m分辨率影像為對象，通過基于物理模型的精度試驗，對TerraSARX衛星3 m分辨率影像的定位精度進行了評估。

1 TerraSARX衛星簡介

TerraSARX衛星影像是目前我國商用遙感衛星服務領域中少數的高分辨率雷達衛星影像產品之一。TerraSARX衛星影像憑借1米的分辨率優勢和X波段對地物細節的表現能力以及雷達衛星獨有的不受天候氣象影響的優勢，已經在我國的測繪制圖領域內發揮出獨具特色的作用。

TerraSARX衛星提供三種模式的影像產品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像產品、3米分辨率的StripMap模式影像產品和1米分辨率的SpotLight模式影像產品。

StripMap模式影像產品分辨率為3 m。該產品幅寬，在單極化成像時為30 km，雙極化模式成像時為15 km。該產品標準景長度為50 km，標準掃描帶長為1650 km，最長持續拍攝時間內可提供4200 km長的條帶數據。StripMap模式影像產品的極化模式包括單極化（VV、HH）、雙極化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全極化（HH/VV/HV/VH）等。該模式產品的數據采集范圍在南北緯15～60 °之間，最佳采集范圍在南北緯20～45 °之間。

2 TerraSARX衛星3 m分辨率影像定位精度評估

2.1 TerraSARX衛星的物理模型

科學、嚴密、合理的模型是實現傳感器精度指標的關鍵，是達到精確定位目的的根本保證。如果在模型設計和實現過程中，能夠盡可能的對誤差源予以考慮，則可在最大限度上消除測繪過程中的系統誤差。我們以嚴格的雷達衛星物理模型作為定位解算基礎，使模型中的每一要素都具備實際的物理意義。

2.3 評估結論

基于自主生產的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與控制點精度比較，平面和高程的中誤差均小于5 m。

基于自主生產的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與航外檢查點精度比較，平面和高程的定位精度優于10 m，高程定位精度優于5 m。

對以上實驗結果可見，盡管實驗中兩批次控制點的比較體現出明顯差異，但是，必須注意到在3 m分辨率影像基礎上的精度檢查環節，判讀誤差的存在不可避免。

從兩次統計結果看，在加入判讀帶來的0.5～2像元誤差，即1.5～6 m的判讀誤差。（判讀誤差系由對一定作業人員群體的相關判讀實踐統計取得）

因此，在考慮了判讀誤差對實驗結果的影響后，可以認為，依托雷達衛星物理模型，TerraSARX衛星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以滿足1∶25000比例尺制圖平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相較平面精度，依托雷達衛星物理模型解算的TerraSARX衛星3米分辨率影像的高程定位精度，僅滿足1∶50000比例尺制圖高程限差要求，無法取得的精度統計結果。

參考文獻

[1] 魏中銓.合成孔徑雷達衛星[M].北京：科學出版社，2001.

[2] 肖國超，等.雷達攝影測量[M].北京：解放軍出版社，2001.

[3] 王超.星載合成孔徑雷達干涉測量[M].科學出版社，2002.

[4] Kuala Lumpur.TerraSAR-X Mapping Course.2011.

[5] 高力，SAR攝影測量處理的基本方法和實踐[D].解放軍信息工程大學，2004.

[6] Thierry Toutin，Laurence Gray State-of-art of elevation extraction from satellite SAR data，Canada Centre for Remote Sensing.

[7] F.Lberl.Radargrammetric processing[M].Artech House，1990.

[8] 張翠.高分辨率SAR圖像自動目標識別方法研究[D].國防科技大學，2003.

[9] 周月琴，鄭肇葆，李德仁，等.SAR圖像立體定位原理與精度分析[J].遙感學報，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星載合成孔徑雷達目標定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星載SAR狀態矢量的兩種求解算法及其在像素定位中的應用[C]//第十二屆全國遙感技術學是交流會.2000.

[12] EarthView-Remote Sensing Image Processing and Analysis Software.http：//atlsci.com/products/earthview.html.

[13] 舒寧.微波遙感原理[M].武漢測繪科技大學出版社，2003.

[14] ASTRIUM，TerraSAR-X Radargrammetry Module Production Training，2010.

[15] ASTRIUM，Frame camera description，2010.endprint

摘 要：隨著高分辨率雷達衛星不斷投入使用，高分辨率雷達衛星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關注的對象。該文即以TerraSARX衛星的3 m分辨率影像為對象，在立足衛星基本性能的分析結果，以雷達衛星物理模型為基礎，設計了精度試驗，對TerraSARX衛星3米分辨率影像的無控定位精度以及依托無控定位成果生產可見光衛星影像的精度進行了評估。

關鍵詞：物理模型 定位精度 評估

中圖分類號：TP751 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0048-02

由于成像機理不受氣象條件影響的特點，雷達衛星影像在國土測繪中一直獨具特色。然而，受限于分辨率問題，雷達影像的推廣受到一定限制。近幾年，隨著高分辨率雷達衛星不斷投入使用，如TerraSARX、Radarsat2、COSMO等，雷達衛星影像的應用范圍愈來愈廣，相應的，對于高分辨率雷達衛星影像的定位精度問題開始成為測繪部門日益關注的對象。該文即以TerraSARX衛星的3 m分辨率影像為對象，通過基于物理模型的精度試驗，對TerraSARX衛星3 m分辨率影像的定位精度進行了評估。

1 TerraSARX衛星簡介

TerraSARX衛星影像是目前我國商用遙感衛星服務領域中少數的高分辨率雷達衛星影像產品之一。TerraSARX衛星影像憑借1米的分辨率優勢和X波段對地物細節的表現能力以及雷達衛星獨有的不受天候氣象影響的優勢，已經在我國的測繪制圖領域內發揮出獨具特色的作用。

TerraSARX衛星提供三種模式的影像產品，即16米分辨率的ScanSAR模式影像產品、3米分辨率的StripMap模式影像產品和1米分辨率的SpotLight模式影像產品。

StripMap模式影像產品分辨率為3 m。該產品幅寬，在單極化成像時為30 km，雙極化模式成像時為15 km。該產品標準景長度為50 km，標準掃描帶長為1650 km，最長持續拍攝時間內可提供4200 km長的條帶數據。StripMap模式影像產品的極化模式包括單極化（VV、HH）、雙極化（HH/VV、HH/HV、VV/VH）和全極化（HH/VV/HV/VH）等。該模式產品的數據采集范圍在南北緯15～60 °之間，最佳采集范圍在南北緯20～45 °之間。

2 TerraSARX衛星3 m分辨率影像定位精度評估

2.1 TerraSARX衛星的物理模型

科學、嚴密、合理的模型是實現傳感器精度指標的關鍵，是達到精確定位目的的根本保證。如果在模型設計和實現過程中，能夠盡可能的對誤差源予以考慮，則可在最大限度上消除測繪過程中的系統誤差。我們以嚴格的雷達衛星物理模型作為定位解算基礎，使模型中的每一要素都具備實際的物理意義。

2.3 評估結論

基于自主生產的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與控制點精度比較，平面和高程的中誤差均小于5 m。

基于自主生產的TerraSARX無控DOM與DSM提取的控制點與航外檢查點精度比較，平面和高程的定位精度優于10 m，高程定位精度優于5 m。

對以上實驗結果可見，盡管實驗中兩批次控制點的比較體現出明顯差異，但是，必須注意到在3 m分辨率影像基礎上的精度檢查環節，判讀誤差的存在不可避免。

從兩次統計結果看，在加入判讀帶來的0.5～2像元誤差，即1.5～6 m的判讀誤差。（判讀誤差系由對一定作業人員群體的相關判讀實踐統計取得）

因此，在考慮了判讀誤差對實驗結果的影響后，可以認為，依托雷達衛星物理模型，TerraSARX衛星3 m分辨率影像的平面定位精度基本可以滿足1∶25000比例尺制圖平面限差7.5 m的精度要求。

需要注意的是，相較平面精度，依托雷達衛星物理模型解算的TerraSARX衛星3米分辨率影像的高程定位精度，僅滿足1∶50000比例尺制圖高程限差要求，無法取得的精度統計結果。

參考文獻

[1] 魏中銓.合成孔徑雷達衛星[M].北京：科學出版社，2001.

[2] 肖國超，等.雷達攝影測量[M].北京：解放軍出版社，2001.

[3] 王超.星載合成孔徑雷達干涉測量[M].科學出版社，2002.

[4] Kuala Lumpur.TerraSAR-X Mapping Course.2011.

[5] 高力，SAR攝影測量處理的基本方法和實踐[D].解放軍信息工程大學，2004.

[6] Thierry Toutin，Laurence Gray State-of-art of elevation extraction from satellite SAR data，Canada Centre for Remote Sensing.

[7] F.Lberl.Radargrammetric processing[M].Artech House，1990.

[8] 張翠.高分辨率SAR圖像自動目標識別方法研究[D].國防科技大學，2003.

[9] 周月琴，鄭肇葆，李德仁，等.SAR圖像立體定位原理與精度分析[J].遙感學報，1998，2（4）.

[10] 袁孝康，星載合成孔徑雷達目標定位研究[J].上海航天，2002（1）：1-7.

[11] 周金萍，唐伶俐.星載SAR狀態矢量的兩種求解算法及其在像素定位中的應用[C]//第十二屆全國遙感技術學是交流會.2000.

[12] EarthView-Remote Sensing Image Processing and Analysis Software.http：//atlsci.com/products/earthview.html.

[13] 舒寧.微波遙感原理[M].武漢測繪科技大學出版社，2003.

[14] ASTRIUM，TerraSAR-X Radargrammetry Module Production Training，2010.

[15] ASTRIUM，Frame camera description，2010.endprint