機(jī)載雙天線InSAR聯(lián)合定標(biāo)算法

王萌萌,黃國(guó)滿,花奮奮,2,魏鉅杰,3,盧麗君

1.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院,北京 100830;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院,江蘇徐州 221116;3.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430079

機(jī)載雙天線InSAR聯(lián)合定標(biāo)算法

王萌萌1,黃國(guó)滿1,花奮奮1,2,魏鉅杰1,3,盧麗君1

1.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院,北京 100830;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院,江蘇徐州 221116;3.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430079

為了提高lnSAR獲取DEM的精度,實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中每一架次均須飛臨定標(biāo)場(chǎng),這就要求測(cè)繪人員需要多次布設(shè)角反射器。本文針對(duì)外業(yè)重復(fù)布設(shè)角反射器耗費(fèi)時(shí)間和人力的問(wèn)題,提出一種新的機(jī)載雙天線lnSAR聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)算法,實(shí)現(xiàn)了利用一次布設(shè)的控制點(diǎn)同時(shí)標(biāo)定多架次干涉參數(shù),減少了野外布設(shè)角反射器的工作量。該方法首先基于敏感度方程的定標(biāo)方法選擇適于機(jī)載雙天線lnSAR數(shù)據(jù)的干涉定標(biāo)參數(shù),其次將基于局部配準(zhǔn)的配準(zhǔn)方法和PSlnSAR中PS點(diǎn)選取的方法首次引入高程連接點(diǎn)的選取中,實(shí)現(xiàn)了多架次同一場(chǎng)景的高程銜接。最后,根據(jù)控制點(diǎn)和連接點(diǎn)高程屬性的差異,建立了不同的誤差方程,組成聯(lián)合定標(biāo)模型,并利用中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院的CASMSAR-X數(shù)據(jù)進(jìn)行了聯(lián)合定標(biāo)試驗(yàn),驗(yàn)證了該算法的正確性和有效性。

機(jī)載lnSAR;三維重建模型;干涉定標(biāo)參數(shù);重復(fù)航跡;高程連接點(diǎn);聯(lián)合定標(biāo)

1 引 言

合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量(synthetic aperture radar interferometry,InSAR)是利用SAR復(fù)數(shù)據(jù)的相位信息獲取地形三維信息的技術(shù)[1-3]。為了獲取高精度的數(shù)字高程模型(digital elevationmodel,DEM),必須要對(duì)系統(tǒng)的干涉參數(shù)進(jìn)行定標(biāo),這些參數(shù)包括:絕對(duì)時(shí)間延遲、基線長(zhǎng)度、基線傾角、干涉相位、載機(jī)姿態(tài)等。對(duì)于單場(chǎng)景干涉定標(biāo),文獻(xiàn)[4]從InSAR幾何關(guān)系出發(fā),介紹了干涉敏感度定標(biāo)模型;文獻(xiàn)[5]對(duì)干涉敏感度方程進(jìn)行補(bǔ)充和修正,推導(dǎo)了斜視幾何關(guān)系下的干涉敏感度方程;文獻(xiàn)[6]提出了基于權(quán)重和差分敏感度模型的干涉定標(biāo)方法;文獻(xiàn)[7]提出包含基線長(zhǎng)度、基線傾角和干涉相位參數(shù)的定標(biāo)新模型。綜上所述,目前常用的單場(chǎng)景干涉定標(biāo)方法是基于線性化誤差近似的敏感度方程模型。

在機(jī)載InSAR系統(tǒng)大區(qū)域作業(yè)時(shí),為了獲得高精度DEM,每一架次均須飛臨定標(biāo)場(chǎng),以減小雷達(dá)系統(tǒng)在開關(guān)機(jī)時(shí)系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)誤差,這就要求每一架次飛臨定標(biāo)場(chǎng)時(shí),均需人工布設(shè)定標(biāo)點(diǎn),耗時(shí)又耗力。傳統(tǒng)的聯(lián)合定標(biāo)算法是針對(duì)多個(gè)相鄰場(chǎng)景,利用同名點(diǎn)進(jìn)行高程信息的傳遞,然后利用區(qū)域網(wǎng)平差理論實(shí)現(xiàn)所有場(chǎng)景的定標(biāo)[8-12],其目的是實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景數(shù)據(jù)間的拼接。本文提出的多架次同場(chǎng)景數(shù)據(jù)的聯(lián)合定標(biāo)處理,其目的是實(shí)現(xiàn)一次布標(biāo)同時(shí)標(biāo)定多架次干涉系統(tǒng)參數(shù),在不明顯降低定標(biāo)精度的前提下,減少野外布設(shè)角反射器的工作量和資金投入,最后實(shí)現(xiàn)大區(qū)域作業(yè)任務(wù)區(qū)高精度DEM數(shù)據(jù)的獲取,促進(jìn)我國(guó)InSAR技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域和測(cè)圖工程的實(shí)用化。本文研究多架次同一場(chǎng)景機(jī)載雙天線InSAR數(shù)據(jù)的聯(lián)合定標(biāo)問(wèn)題,提出一種利用一次布設(shè)的控制點(diǎn)標(biāo)定多架次干涉參數(shù)的聯(lián)合定標(biāo)新算法,主要包括適用于機(jī)載雙天線InSAR系統(tǒng)的干涉定標(biāo)參數(shù)的選取,以及聯(lián)合定標(biāo)模型的研究。最后通過(guò)對(duì)中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院的CASMSAR系統(tǒng)X波段的InSAR雙天線數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合定標(biāo)處理,驗(yàn)證了本文提出算法的正確性和有效性。

2 三維重建模型

InSAR測(cè)量通過(guò)距離方程、多普勒方程和干涉相位方程描述InSAR基本測(cè)量值與地面目標(biāo)點(diǎn)位置之間的關(guān)系,并通過(guò)聯(lián)立方程組獲取地面目標(biāo)點(diǎn)的三維位置的過(guò)程稱為地形的三維重建[6,13]。本文采用視向量正交分解[5,14-16]的方法,給出目標(biāo)三維位置的表達(dá)形式。

如圖1所示干涉平臺(tái)中,A1、A2為平臺(tái)天線1、2的相位中心;A1、A2為天線A1、A2的位置向量;P為目標(biāo)點(diǎn)P的位置坐標(biāo),r1、r2為天線A1、 A2到目標(biāo)點(diǎn)P的斜距向量,即視向量,ri＝為基線向量分別表示交軌、順軌基線分量θ為天線A1在目標(biāo)點(diǎn)P處對(duì)應(yīng)的視角;β為雷達(dá)斜視角;O-xyz為ECR(earth centered rotating)坐標(biāo)系,其中x為平臺(tái)飛行方向,z為高程方向,y與x、z構(gòu)成右手坐標(biāo)系;A1-vnw為移動(dòng)坐標(biāo)系(madsen moving coordinate, MMC),其中v為平臺(tái)飛行方向,n為垂直于航向的基線分量方向,w與v、n構(gòu)成右手坐標(biāo)系。

圖1 機(jī)載InSAR幾何模型Fig.1 Airborne InSAR geometry model

視向量正交分解法實(shí)質(zhì)就是對(duì)視向量進(jìn)行正交分解,通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)視向量從移動(dòng)坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換[6]。在MMC坐標(biāo)系下,r1的單位視向量可表示為

式中,Γ為從MMC坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣[6],包括平臺(tái)姿態(tài)角(θy,θp,θr)和基線傾角α參數(shù)。正側(cè)視模型右側(cè)視幾何關(guān)系條件下,β＝0,此時(shí)重建模型表示為

3 聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)算法

3.1 算法處理流程

本文提出的多架次同場(chǎng)景的聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)算法基本思路是:首先選取多架次數(shù)據(jù)中的布控制點(diǎn)InSAR雙天線數(shù)據(jù)利用改進(jìn)敏感度方程模型進(jìn)行干涉參數(shù)定標(biāo)處理,獲取定標(biāo)后的高程數(shù)據(jù)文件;其次,選取多架次數(shù)據(jù)間高相干性振幅穩(wěn)定的高程連接點(diǎn),其間主要利用基于局部配準(zhǔn)的配準(zhǔn)方法和PS點(diǎn)目標(biāo)選取方法中的振幅閾值離差法和相干系數(shù)閾值法;最后,根據(jù)高程控制點(diǎn)和連接點(diǎn)屬性的不同,建立聯(lián)合定標(biāo)模型,迭代求解各架次的干涉參數(shù)。其中干涉參數(shù)選擇、高程連接點(diǎn)選取和建立聯(lián)合定標(biāo)模型是算法的關(guān)鍵步驟,本文對(duì)選擇干涉參數(shù)和建立聯(lián)合定標(biāo)模型進(jìn)行了詳細(xì)論述,只簡(jiǎn)單介紹了高程連接點(diǎn)選取的思想。其具體流程如圖2所示。

圖2 多架次同一場(chǎng)景SAR數(shù)據(jù)聯(lián)合定標(biāo)流程圖Fig.2 Joint calibration flow chart of multi-flight SAR data in same area

3.2 干涉定標(biāo)參數(shù)選取

由三維重建模型中的式(4)可知目標(biāo)高程的表達(dá)式為

對(duì)于機(jī)載InSAR系統(tǒng),獲取數(shù)據(jù)在成像過(guò)程中通過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理后,平臺(tái)姿態(tài)角補(bǔ)償為0,則在干涉定標(biāo)過(guò)程中不再對(duì)平臺(tái)姿態(tài)角進(jìn)行改正。在InSAR測(cè)高中,可簡(jiǎn)化模型,即bn＝b,此時(shí)目標(biāo)高程是關(guān)于平臺(tái)高度、雷達(dá)斜距、基線長(zhǎng)度、基線傾角和干涉相位參數(shù)的函數(shù)。由于載機(jī)安裝有高精度的POS系統(tǒng),其定位精度在0.1 m以內(nèi),對(duì)反演高程精度影響較小,因此本文亦不對(duì)平臺(tái)高度進(jìn)行定標(biāo)。干涉參數(shù)定標(biāo)標(biāo)定各參數(shù)的系統(tǒng)誤差,而對(duì)于機(jī)載雙天線系統(tǒng)數(shù)據(jù)而言,SAR復(fù)數(shù)據(jù)共軛相乘獲取的干涉相位的系統(tǒng)誤差大部分得以消除。由干涉相位方程可知,干涉相位與雷達(dá)斜距緊密相關(guān),敏感度方程模型充分利用了斜距和干涉相位的關(guān)系,在對(duì)斜距補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候,亦可在一定程度上對(duì)干涉相位產(chǎn)生的高程誤差進(jìn)行補(bǔ)償。因此本文構(gòu)建一種考慮雷達(dá)斜距、基線長(zhǎng)度和基線傾角3個(gè)參數(shù)的敏感度方程定標(biāo)方法,則式(5)線性化誤差近似的敏感度方程模型可表示為

式中,F為目標(biāo)點(diǎn)的高程真值;F0為目標(biāo)點(diǎn)的高程初值,該值可從干涉處理生成的高程數(shù)據(jù)文件中獲得;Δb、Δα、Δr1為需要標(biāo)定的改正數(shù)參數(shù); a0、a1、a2為敏感度系數(shù),具體表示形式為

由上可知,控制點(diǎn)高程差和改正參數(shù)組成的改進(jìn)敏感度方程模型為

式中,A為敏感度系數(shù)組成的敏感度矩陣;ΔX為待估計(jì)的干涉參數(shù)偏差;Δh為控制點(diǎn)高程差。

3.3 高程連接點(diǎn)的選取

由于不同架次獲取數(shù)據(jù)時(shí)載機(jī)平臺(tái)的飛行速度、姿態(tài)都不盡相同,因此多架次同一場(chǎng)景SAR數(shù)據(jù)間會(huì)產(chǎn)生平移、縮放、旋轉(zhuǎn),甚至?xí)a(chǎn)生不規(guī)則的局部變形,影像間相對(duì)較大的相對(duì)變形使得repeat-pass機(jī)載SAR數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度很難滿足干涉處理的要求,因此本文采用基于局部配準(zhǔn)的配準(zhǔn)方法[17-18]的思想,小區(qū)域范圍內(nèi),對(duì)應(yīng)圖像間旋轉(zhuǎn)和縮放作用忽略不計(jì),利用基于窗口的自動(dòng)配準(zhǔn)互相關(guān)函數(shù)[19]算法,選取搜索窗口內(nèi)最大相干系數(shù)點(diǎn)作為配準(zhǔn)點(diǎn)。

對(duì)這些配準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行粗差剔除后,本文引入永久散射體(permanent scatters,PS)點(diǎn)目標(biāo)提取思想用于最終高程連接點(diǎn)的選取。文獻(xiàn)[11]指出,高程連接點(diǎn)應(yīng)為干涉相位誤差盡量小、相干系數(shù)較大、散射特性簡(jiǎn)單的點(diǎn),根據(jù)PS[20-21]的特性, PS點(diǎn)即為振幅相位穩(wěn)定、信噪比較高、單獨(dú)相關(guān)的像元點(diǎn),因此理論上利用PS選點(diǎn)方法能夠提高選點(diǎn)穩(wěn)定性?，F(xiàn)有PS點(diǎn)目標(biāo)提取方法很多,一般根據(jù)幅度、相干性、相位等信息進(jìn)行選擇。本文算法首先利用振幅閾值離差法[20,22-23]選取在測(cè)圖期間保持振幅穩(wěn)定的特征點(diǎn),之后對(duì)這些特征點(diǎn)再利用相干系數(shù)閾值法[20,22-23]選取保持高相干性的點(diǎn)作為最終的高程連接點(diǎn)。由于處理的SAR影像是通過(guò)信號(hào)的發(fā)射接收、距離向壓縮生成SLC數(shù)據(jù)的復(fù)雜過(guò)程得到的,其中一系列因素會(huì)影響圖像的輻射能量值,因此在進(jìn)行特征點(diǎn)選擇之前,必須對(duì)多架次機(jī)載SAR影像進(jìn)行相對(duì)輻射校正,轉(zhuǎn)換為同一基準(zhǔn)的振幅數(shù)據(jù)。

3.4 聯(lián)合定標(biāo)模型

本文提出的聯(lián)合定標(biāo)方法將全部數(shù)據(jù)分為兩類:①GPS差分測(cè)量獲取的高程控制點(diǎn),該類數(shù)據(jù)視為無(wú)誤差點(diǎn);②定標(biāo)后獲取的高程連接點(diǎn)高程數(shù)據(jù),該類數(shù)據(jù)為有高程誤差點(diǎn)。本文提出的聯(lián)合定標(biāo)模型根據(jù)兩類數(shù)據(jù)點(diǎn)屬性的不同,建立不同的高程誤差模型,其表示形式為

式中,HGi為GPS測(cè)量的第i個(gè)控制點(diǎn)的高程值;HGi0為從主影像對(duì)干涉測(cè)量獲取的高程數(shù)據(jù)中讀取的第i個(gè)控制點(diǎn)的高程初值;(aGi0,aGi1, aGi2)表示第i個(gè)控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的敏感度系數(shù);HCj為從定標(biāo)后高程數(shù)據(jù)文件中獲取的第j個(gè)特征連接點(diǎn)的高程值;hj為第j個(gè)連接點(diǎn)的高程誤差; HCkj0為第k架次數(shù)據(jù)對(duì)干涉測(cè)量得到的高程數(shù)據(jù)中第j個(gè)特征連接點(diǎn)的初始高程值;(aCkj0, aCkj1,aCkj2)表示為第k架次數(shù)據(jù)中第j個(gè)特征連接點(diǎn)的敏感度系數(shù);Δb為基線長(zhǎng)度改正數(shù);為第k架次基線傾角和斜距加常數(shù)。相應(yīng)的矩陣形式為

式中,A為聯(lián)合敏感度矩陣,當(dāng)k＝3時(shí),其形式可表示為

式中,m、n分別為控制點(diǎn)和高程連接點(diǎn)的數(shù)目;X為待估計(jì)的干涉參數(shù),X＝[ΔbΔα1Δr1Δα2Δr2Δα3Δr3]T;B是由0、1組成的加密連接點(diǎn)高程差改正的系數(shù)矩陣,①類點(diǎn)對(duì)應(yīng)的系數(shù)為0,②類點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高程改正數(shù)系數(shù)為1;t為加密連接點(diǎn)的高程改正數(shù),t＝h1h2…h(huán)n[

]T。然后根據(jù)以上提出的聯(lián)合定標(biāo)模型迭代求解不同架次的干涉系統(tǒng)參數(shù),直至控制點(diǎn)和高程連接點(diǎn)的精度滿足要求為止。

4 試驗(yàn)與分析

本文選取中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院的CASMSAR系統(tǒng)獲取的X波段InSAR數(shù)據(jù)對(duì)提出的聯(lián)合定標(biāo)算法進(jìn)行驗(yàn)證,該系統(tǒng)平臺(tái)的雷達(dá)工作頻率為9.6 GHz,飛行絕對(duì)高度為6500 m,數(shù)據(jù)的方位向和距離向分辨率為0.5 m。根據(jù)GCP定標(biāo)點(diǎn)的布設(shè)規(guī)則,GCP定標(biāo)點(diǎn)應(yīng)該在整個(gè)測(cè)繪帶內(nèi)沿距離向均勻分布,若不能滿足該條件時(shí),沿距離向靠近遠(yuǎn)距端分布是一種較好的布設(shè)方案[9]。本文試驗(yàn)所選數(shù)據(jù)為3個(gè)架次同場(chǎng)景的機(jī)載雙天線InSAR數(shù)據(jù),該組數(shù)據(jù)按照布點(diǎn)規(guī)則沿距離向共布設(shè)5個(gè)角反射器,其位置如圖3紅色標(biāo)識(shí)點(diǎn),綠色標(biāo)識(shí)點(diǎn)為選取的高程連接點(diǎn)。

圖3 控制點(diǎn)和高程連接點(diǎn)位置示意圖Fig.3 Control points and connection points position

本文對(duì)比分析了單場(chǎng)景干涉定標(biāo)方案和提出的聯(lián)合定標(biāo)方案,試驗(yàn)中單場(chǎng)景干涉參數(shù)定標(biāo)選用G13、G15、G17作為控制點(diǎn),G11和G16作為檢查點(diǎn);聯(lián)合參數(shù)定標(biāo)選用第1架次的控制點(diǎn)文件作為聯(lián)合定標(biāo)的已知數(shù)據(jù),假定第2、3架次的控制點(diǎn)未知,進(jìn)行聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)處理后,最后利用G13、G15、G17、G11和G16 5個(gè)控制點(diǎn)作為檢查點(diǎn)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。兩種方案的定標(biāo)結(jié)果如表1所示,表2展示了兩種方案的精度對(duì)比,圖4為兩種方案在控制點(diǎn)處的高程誤差對(duì)比結(jié)果。由試驗(yàn)結(jié)果可知:

(1)多架次同場(chǎng)景聯(lián)合定標(biāo)算法能實(shí)現(xiàn)一次布標(biāo)同時(shí)標(biāo)定多架次系統(tǒng)參數(shù)的功能,需要的控制點(diǎn)數(shù)目少。如表2中單場(chǎng)景干涉參數(shù)定標(biāo)需要布3次角反射器,共布設(shè)15個(gè)點(diǎn),而聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)只需布設(shè)1次角反射器,共布設(shè)5個(gè)點(diǎn),在大規(guī)模測(cè)圖任務(wù)中可以節(jié)約大量的人力物力財(cái)力,說(shuō)明聯(lián)合干涉定標(biāo)具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

(2)在控制點(diǎn)數(shù)目較少時(shí),聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)較單場(chǎng)景干涉參數(shù)定標(biāo)具有更好的穩(wěn)定性。在表2中單場(chǎng)景干涉定標(biāo)最后結(jié)果的高程中誤差差距也較大,如第3架次數(shù)據(jù)高程中誤差達(dá)到了0.9 m,在圖4中單場(chǎng)景干涉參數(shù)定標(biāo)只在參與定標(biāo)計(jì)算的控制點(diǎn)G13、G15、G17處擬合效果很好,而在檢查點(diǎn)G11和G16處高程殘差較差,殘差最大為1.3 m;而聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)則展示了明顯的優(yōu)越性,所有的檢查點(diǎn)高程誤差均控制在1.1 m內(nèi)。究其原因主要是在控制點(diǎn)數(shù)目較少時(shí),受系統(tǒng)參數(shù)噪聲和敏感度矩陣的病態(tài)性等因素的影響,單場(chǎng)景干涉定標(biāo)方法解算的干涉參數(shù)誤差較大,得到的定標(biāo)結(jié)果只能保證在控制點(diǎn)處具有較好的擬合效果,不能保證能很好地?cái)M合整景影像的趨勢(shì),導(dǎo)致定標(biāo)后的高程誤差有時(shí)較大,可信度也較低,而聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)方法通過(guò)選取多架次數(shù)據(jù)間的高程連接點(diǎn),彌補(bǔ)了稀少控制點(diǎn)的缺陷,減少了系統(tǒng)參數(shù)噪聲等因素的影響,定標(biāo)結(jié)果可信度更高,擬合效果也較好。

(3)對(duì)于機(jī)載雙天線干涉系統(tǒng),基線初始長(zhǎng)度由全站儀測(cè)量得到,其精度很高,當(dāng)基線長(zhǎng)度小于4 m時(shí)可視為剛性基線,因此短時(shí)間內(nèi)同一系統(tǒng)的基線改正參數(shù)理論上應(yīng)相同。單場(chǎng)景干涉定標(biāo)求解的干涉參數(shù)只是適用于某一架次數(shù)據(jù)的最或然值,因此在表1中單場(chǎng)景定標(biāo)的基線改正數(shù)各不相同,由于毫米級(jí)的基線誤差將會(huì)引起米級(jí)的高程誤差[2,6],因此第3架次高程中誤差較大,其求解的定標(biāo)結(jié)果不適用于整景影像;而聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)建立聯(lián)合定標(biāo)模型時(shí),將所有架次的基線改正數(shù)視為相同,定標(biāo)的結(jié)果更符合實(shí)際情況,如表1所示。

(4)高程連接點(diǎn)的位置對(duì)定標(biāo)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響,若連接點(diǎn)均勻分布在圖像中,則求解出來(lái)的定標(biāo)結(jié)果對(duì)整景影像的擬合效果較好。由圖4可知,聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)在檢查點(diǎn)G11處高程殘差較大,這主要是由選取的高程連接點(diǎn)的位置引起的。由于定標(biāo)場(chǎng)一般選擇在地勢(shì)較為平坦、最好不要包括河流、湖泊、大面積建筑物等地物的區(qū)域,因此定標(biāo)場(chǎng)內(nèi)標(biāo)志性地物較少,這就給高程連接點(diǎn)的選擇帶來(lái)了困難,本文通過(guò)局部配準(zhǔn)的配準(zhǔn)方法和PS點(diǎn)選擇方法選取的高程連接點(diǎn)如圖3中綠色標(biāo)識(shí)點(diǎn),可以看出高程連接點(diǎn)主要集中在圖像中的右半部分,最后的定標(biāo)結(jié)果對(duì)圖像右半部分的擬合效果較好,而G11位于圖3中的左側(cè),導(dǎo)致該點(diǎn)的高程誤差較大。

表2 單場(chǎng)景定標(biāo)和聯(lián)合定標(biāo)精度對(duì)比Tab.2 Accuracy comparison of single scene calibration and joint calibration

圖4 兩種方案在控制點(diǎn)處的高程誤差對(duì)比Fig.4 GCP height error comparison of two methods

5 結(jié) 論

機(jī)載InSAR系統(tǒng)可以快速獲取大范圍區(qū)域的數(shù)據(jù)信息,在地形測(cè)繪中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,本文通過(guò)CASMSAR系統(tǒng)實(shí)測(cè)機(jī)載雙天線InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn),證明了多架次同場(chǎng)景聯(lián)合參數(shù)干涉定標(biāo)方法能夠?qū)崿F(xiàn)利用一次布設(shè)的控制點(diǎn)標(biāo)定多架次干涉參數(shù)的功能,從而大大減少測(cè)繪人員野外布標(biāo)的工作量以及資金的投入。本文提出的方法主要是在高程方向進(jìn)行參數(shù)的標(biāo)定,以后還可以進(jìn)一步考慮對(duì)地物目標(biāo)點(diǎn)的三維位置進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定;此外,定標(biāo)過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)在整景影像中均勻選取高程連接點(diǎn)并保證提取精度仍是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題,后續(xù)工作還需要評(píng)估高程連接點(diǎn)的選取精度對(duì)聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)的影響。

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(責(zé)任編輯:宋啟凡)

Joint Calibration Method of Airborne Dual-antenna lnterferometric SAR

WANG Mengmeng1,HUANG Guoman1,HUA Fenfen1,2,WEl Jujie1,3,LU Lijun1
1.Chinese Academy of Surveying and Mapping,Beijing 100830,China;2.School of Environmental Science and Spatial lnformatics,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China;3.State Key Laboratory of lnformation Engineering in Surveying,Mapping and Remote Sensing,Wuhan University,Wuhan 430079,China

ln order to improve the accuracy of DEM acquired by lnSAR,every flight should fly pass the calibration filed,which required surveyors needed to lay corner reflectors repeatedly.Because laying reflectors repeatedly outside wastes time and human resources,a new joint calibration method of airborne dual-antenna lnSAR was presented.The method could calibrate interferometric system parameters of multiflight with laying reflectors one time and reduce the outside workload.At first,the method selected interferometric calibration parameters suited for airborne dual-antenna lnSAR data based on the sensitivity equations calibration method,then it brought the local registration method and PS selection method in PSlnSAR to select height connection points connected height data with multi-flight data in same area.Finally,it established respective error equations according to the height attribute difference between control points and connection points and formed joint calibration model using the above equations,after that,this paper proved the correctness and effectiveness of the new algorithm with CASMSAR-X data of China Surveying and Mapping Academy.

airborne lnSAR;3D construction model;interferometric calibration parameters;repeat-pass; height connection point;joint calibration

WANG Mengmeng(1988—),female,master,majors in synthetic aperture radar interferometry.E-mail:zhanzainibeihou00＠163.com

P236

A

1001-1595(2014)12-1259-07

國(guó)家863計(jì)劃主題項(xiàng)目(2011AA120402)

2013-12-06

王萌萌(1988—),女,碩士,主要從事合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量研究。

WANG Mengmeng,HUANG Guoman,HUA Fenfen,et al.Joint Calibration Method of Airborne Dual-antenna Interferometric SAR[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2014,43(12):1259-1265.(王萌萌,黃國(guó)滿,花奮奮,等.機(jī)載雙天線InSAR聯(lián)合定標(biāo)算法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2014,43(12):1259-1265.)

10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0139

修回日期:2014-05-20