车载InSAR的DEM提取关键技术研究
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)作为一种主动式传感器，具有全天时，全天候的对地观测能力，通过SAR影像来获取地表真实物理量信息(如含水量、粗糙度等)、数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)和形变信息等应用一直是遥感领域的研究热点。合成孔径雷达干涉测量(InSAR，SAR Interferometry)技术诞生于20世纪60年代末，是一种将雷达影像复数数据作为信息源来提取地球表面三维信息和形变信息的技术；对于不同的平台而言，星载SAR成像范围广、但重返周期长，DEM提取精度一般较低；机载SAR成像范围较大，重返周期短，经过干涉定标后，DEM精度较高，但机载飞行一般费用昂贵，广泛应用受限；车载SAR采用新型雷达体制，车载SAR雷达的体积、成本、重量大大降低，在近距离成像、形变监测、小物体探测等方面的应用有巨大的潜力，对车载SAR进行DEM提取技术的研究，可一定程度上弥补星载、机载SAR提取DEM方法的不足，降低成本，提高DEM精度和时间分辨率，实现对工程应用的快速响应，具有重要的意义； 近年来，新的雷达体制不断涌现，包括线性调频脉冲、步进频连续波以及线性调频连续波等，其中调频连续波(FMCW)体制将是未来小型化合成孔径雷达的主流体制，适用于车载SAR平台；车载SAR结合精密POS系统进行高精度运动补偿，通过高效的SAR影像聚焦算法，可得到超高分辨率SAR影像。应用高分辨率车载SAR影像进行目标区域的DEM提取需要全面考虑车载SAR的成像几何和干涉处理过程：从前期的影像辐射定标、干涉定标和角反射器识别与定位等，到如何设计主辅影像高相干配准算法、提升DEM精度等。车载SAR的DEM提取仍存在较多的问题。国内外关于车载SAR提取DEM的研究仍较少，本文搭建了车载双天线干涉SAR系统，对其DEM提取的关键技术进行了系统的分析与处理，主要做出的贡献和创新点如下： (1)本文实现了车载SAR影像的角反射器坐标定位方法：介绍了常见角反射器坐标定位方法，如模板匹配法、特征参数法等方法的原理以及基于辐射定标和几何校正的高精度角反射器坐标定位方法的原理与实现；本文提出了新的基于尺度空间的角反射器车载SAR影像坐标定位方法，该方法综合考虑了角反射器表现出的幅度和空间特征，与基于辐射定标和几何校正的高精度角反射器坐标定位方法的结果相符，可实现子像元级定位精度。角反射器高精度坐标定位可应用于后续的车载SAR干涉处理，包括基线估计、干涉定标等。 (2)高相干性的分块配准方法和高精度的基线估计方法：通过分析车载SAR的成像特点，本文系统介绍了车载SAR交轨干涉处理的整个流程，提出了适用于车载SAR的高相干性的分块配准方法和高精度的基线估计方法等。 (3)本文提出了基于单控制点信息的车载SAR的DEM提取方法：车载SAR依据布设合理、数量足够的定标点的高精度地理坐标信息进行干涉定标后可获取高精度DEM结果，但由于定标点的布设和地理坐标测量过程费时费力，并且干涉定标结果移植性差的原因，基于干涉定标的DEM提取方法的实际应用效果事倍功半；本文提出了基于单控制点信息的车载SAR影像的DEM提取方法，该方法在传统星载干涉测量技术的基础上做出拓展，实现了DEM迭代求解，同时利用单个控制点的地理坐标信息对结果进行多项改正，可得到较高精度的DEM。
车载InSAR;角反射器;干涉定标;单控制点;DEM提取
武汉大学
硕士
摄影测量与遥感
潘斌
2020
中文
TN958
2021-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）