王萌萌,黃國滿,花奮奮,2,魏鉅杰,3,盧麗君

1.中國測繪科學(xué)研究院,北京 100830;2.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇徐州 221116;3.武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室,湖北武漢 430079

機(jī)載雙天線InSAR聯(lián)合定標(biāo)算法

王萌萌1,黃國滿1,花奮奮1,2,魏鉅杰1,3,盧麗君1

1.中國測繪科學(xué)研究院,北京 100830;2.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇徐州 221116;3.武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室,湖北武漢 430079

為了提高lnSAR獲取DEM的精度,實際生產(chǎn)作業(yè)過程中每一架次均須飛臨定標(biāo)場,這就要求測繪人員需要多次布設(shè)角反射器。本文針對外業(yè)重復(fù)布設(shè)角反射器耗費時間和人力的問題,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,實現(xiàn)了利用一次布設(shè)的控制點同時標(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點選取的方法首次引入高程連接點的選取中,實現(xiàn)了多架次同一場景的高程銜接。最后,根據(jù)控制點和連接點高程屬性的差異,建立了不同的誤差方程,組成聯(lián)合定標(biāo)模型,并利用中國測繪科學(xué)研究院的CASMSAR-X數(shù)據(jù)進(jìn)行了聯(lián)合定標(biāo)試驗,驗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;聯(lián)合定標(biāo)

1 引 言

合成孔徑雷達(dá)干涉測量(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),必須要對系統(tǒng)的干涉參數(shù)進(jìn)行定標(biāo),這些參數(shù)包括:絕對時間延遲、基線長度、基線傾角、干涉相位、載機(jī)姿態(tài)等。對于單場景干涉定標(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]對干涉敏感度方程進(jìn)行補充和修正,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,為了獲得高精度DEM,每一架次均須飛臨定標(biāo)場,以減小雷達(dá)系統(tǒng)在開關(guān)機(jī)時系統(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)場時,均需人工布設(shè)定標(biāo)點,耗時又耗力。傳統(tǒng)的聯(lián)合定標(biāo)算法是針對多個相鄰場景,利用同名點進(jìn)行高程信息的傳遞,然后利用區(qū)域網(wǎng)平差理論實現(xiàn)所有場景的定標(biāo)[8-12],其目的是實現(xiàn)多場景數(shù)據(jù)間的拼接。本文提出的多架次同場景數(shù)據(jù)的聯(lián)合定標(biāo)處理,其目的是實現(xiàn)一次布標(biāo)同時標(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InSAR技術(shù)在測繪領(lǐng)域和測圖工程的實用化。本文研究多架次同一場景機(jī)載雙天線InSAR數(shù)據(jù)的聯(lián)合定標(biāo)問題,提出一種利用一次布設(shè)的控制點標(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。最后通過對中國測繪科學(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測量通過距離方程、多普勒方程和干涉相位方程描述InSAR基本測量值與地面目標(biāo)點位置之間的關(guān)系,并通過聯(lián)立方程組獲取地面目標(biāo)點的三維位置的過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所示干涉平臺中,A1、A2為平臺天線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P的位置坐標(biāo),r1、r2為天線A1、 A2到目標(biāo)點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P處對應(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為移動坐標(biāo)系(madsen moving coordinate, MMC),其中v為平臺飛行方向,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質(zhì)就是對視向量進(jìn)行正交分解,通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)視向量從移動坐標(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,其間主要利用基于局部配準(zhǔn)的配準(zhǔn)方法和PS點目標(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)高程控制點和連接點屬性的不同,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,只簡單介紹了高程連接點選取的思想。其具體流程如圖2所示。

圖2 多架次同一場景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

對于機(jī)載InSAR系統(tǒng),獲取數(shù)據(jù)在成像過程中通過運動補償處理后,平臺姿態(tài)角補償為0,則在干涉定標(biāo)過程中不再對平臺姿態(tài)角進(jìn)行改正。在InSAR測高中,可簡化模型,即bn＝b,此時目標(biāo)高程是關(guān)于平臺高度、雷達(dá)斜距、基線長度、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),對反演高程精度影響較小,因此本文亦不對平臺高度進(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,在對斜距補償?shù)臅r候,亦可在一定程度上對干涉相位產(chǎn)生的高程誤差進(jìn)行補償。因此本文構(gòu)建一種考慮雷達(dá)斜距、基線長度和基線傾角3個參數(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)點的高程真值;F0為目標(biāo)點的高程初值,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為待估計的干涉參數(shù)偏差;Δh為控制點高程差。

3.3 高程連接點的選取

由于不同架次獲取數(shù)據(jù)時載機(jī)平臺的飛行速度、姿態(tài)都不盡相同,因此多架次同一場景SAR數(shù)據(jù)間會產(chǎn)生平移、縮放、旋轉(zhuǎn),甚至?xí)a(chǎn)生不規(guī)則的局部變形,影像間相對較大的相對變形使得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),對應(yīng)圖像間旋轉(zhuǎn)和縮放作用忽略不計,利用基于窗口的自動配準(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)點作為配準(zhǔn)點。

對這些配準(zhǔn)點進(jìn)行粗差剔除后,本文引入永久散射體(permanent scatters,PS)點目標(biāo)提取思想用于最終高程連接點的選取。文獻(xiàn)[11]指出,高程連接點應(yīng)為干涉相位誤差盡量小、相干系數(shù)較大、散射特性簡單的點,根據(jù)PS[20-21]的特性, PS點即為振幅相位穩(wěn)定、信噪比較高、單獨相關(guān)的像元點,因此理論上利用PS選點方法能夠提高選點穩(wěn)定性?，F(xiàn)有PS點目標(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]選取在測圖期間保持振幅穩(wěn)定的特征點,之后對這些特征點再利用相干系數(shù)閾值法[20,22-23]選取保持高相干性的點作為最終的高程連接點。由于處理的SAR影像是通過信號的發(fā)射接收、距離向壓縮生成SLC數(shù)據(jù)的復(fù)雜過程得到的,其中一系列因素會影響圖像的輻射能量值,因此在進(jìn)行特征點選擇之前,必須對多架次機(jī)載SAR影像進(jìn)行相對輻射校正,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差分測量獲取的高程控制點,該類數(shù)據(jù)視為無誤差點;②定標(biāo)后獲取的高程連接點高程數(shù)據(jù),該類數(shù)據(jù)為有高程誤差點。本文提出的聯(lián)合定標(biāo)模型根據(jù)兩類數(shù)據(jù)點屬性的不同,建立不同的高程誤差模型,其表示形式為

式中,HGi為GPS測量的第i個控制點的高程值;HGi0為從主影像對干涉測量獲取的高程數(shù)據(jù)中讀取的第i個控制點的高程初值;(aGi0,aGi1, aGi2)表示第i個控制點對應(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個特征連接點的高程值;hj為第j個連接點的高程誤差; HCkj0為第k架次數(shù)據(jù)對干涉測量得到的高程數(shù)據(jù)中第j個特征連接點的初始高程值;(aCkj0, aCkj1,aCkj2)表示為第k架次數(shù)據(jù)中第j個特征連接點的敏感度系數(shù);Δb為基線長度改正數(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,其形式可表示為

式中,m、n分別為控制點和高程連接點的數(shù)目;X為待估計的干涉參數(shù),X＝[ΔbΔα1Δr1Δα2Δr2Δα3Δr3]T;B是由0、1組成的加密連接點高程差改正的系數(shù)矩陣,①類點對應(yīng)的系數(shù)為0,②類點對應(yīng)的高程改正數(shù)系數(shù)為1;t為加密連接點的高程改正數(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),直至控制點和高程連接點的精度滿足要求為止。

4 試驗與分析

本文選取中國測繪科學(xué)研究院的CASMSAR系統(tǒng)獲取的X波段InSAR數(shù)據(jù)對提出的聯(lián)合定標(biāo)算法進(jìn)行驗證,該系統(tǒng)平臺的雷達(dá)工作頻率為9.6 GHz,飛行絕對高度為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)點的布設(shè)規(guī)則,GCP定標(biāo)點應(yīng)該在整個測繪帶內(nèi)沿距離向均勻分布,若不能滿足該條件時,沿距離向靠近遠(yuǎn)距端分布是一種較好的布設(shè)方案[9]。本文試驗所選數(shù)據(jù)為3個架次同場景的機(jī)載雙天線InSAR數(shù)據(jù),該組數(shù)據(jù)按照布點規(guī)則沿距離向共布設(shè)5個角反射器,其位置如圖3紅色標(biāo)識點,綠色標(biāo)識點為選取的高程連接點。

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

本文對比分析了單場景干涉定標(biāo)方案和提出的聯(lián)合定標(biāo)方案,試驗中單場景干涉參數(shù)定標(biāo)選用G13、G15、G17作為控制點,G11和G16作為檢查點;聯(lián)合參數(shù)定標(biāo)選用第1架次的控制點文件作為聯(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個控制點作為檢查點檢測試驗結(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比,圖4為兩種方案在控制點處的高程誤差對比結(jié)果。由試驗結(jié)果可知:

(1)多架次同場景聯(lián)合定標(biāo)算法能實現(xiàn)一次布標(biāo)同時標(biāo)定多架次系統(tǒng)參數(shù)的功能,需要的控制點數(shù)目少。如表2中單場景干涉參數(shù)定標(biāo)需要布3次角反射器,共布設(shè)15個點,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個點,在大規(guī)模測圖任務(wù)中可以節(jié)約大量的人力物力財力,說明聯(lián)合干涉定標(biāo)具有很好的實際應(yīng)用價值。

(2)在控制點數(shù)目較少時,聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)較單場景干涉參數(shù)定標(biāo)具有更好的穩(wěn)定性。在表2中單場景干涉定標(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中單場景干涉參數(shù)定標(biāo)只在參與定標(biāo)計算的控制點G13、G15、G17處擬合效果很好,而在檢查點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,所有的檢查點高程誤差均控制在1.1 m內(nèi)。究其原因主要是在控制點數(shù)目較少時,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處具有較好的擬合效果,不能保證能很好地擬合整景影像的趨勢,導(dǎo)致定標(biāo)后的高程誤差有時較大,可信度也較低,而聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)方法通過選取多架次數(shù)據(jù)間的高程連接點,彌補了稀少控制點的缺陷,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)對于機(jī)載雙天線干涉系統(tǒng),基線初始長度由全站儀測量得到,其精度很高,當(dāng)基線長度小于4 m時可視為剛性基線,因此短時間內(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中單場景定標(biāo)的基線改正數(shù)各不相同,由于毫米級的基線誤差將會引起米級的高程誤差[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,將所有架次的基線改正數(shù)視為相同,定標(biāo)的結(jié)果更符合實際情況,如表1所示。

(4)高程連接點的位置對定標(biāo)結(jié)果會產(chǎn)生影響,若連接點均勻分布在圖像中,則求解出來的定標(biāo)結(jié)果對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G11處高程殘差較大,這主要是由選取的高程連接點的位置引起的。由于定標(biāo)場一般選擇在地勢較為平坦、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)場內(nèi)標(biāo)志性地物較少,這就給高程連接點的選擇帶來了困難,本文通過局部配準(zhǔn)的配準(zhǔn)方法和PS點選擇方法選取的高程連接點如圖3中綠色標(biāo)識點,可以看出高程連接點主要集中在圖像中的右半部分,最后的定標(biāo)結(jié)果對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)致該點的高程誤差較大。

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

圖4 兩種方案在控制點處的高程誤差對比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,在地形測繪中發(fā)揮著越來越重要的作用,本文通過CASMSAR系統(tǒng)實測機(jī)載雙天線InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗,證明了多架次同場景聯(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)的控制點標(biāo)定多架次干涉參數(shù)的功能,從而大大減少測繪人員野外布標(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)一步考慮對地物目標(biāo)點的三維位置進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定;此外,定標(biāo)過程中如何實現(xiàn)在整景影像中均勻選取高程連接點并保證提取精度仍是需要解決的關(guān)鍵問題,后續(xù)工作還需要評估高程連接點的選取精度對聯(lián)合干涉參數(shù)定標(biāo)的影響。

[1] ROSEN P A,HENSLEY S,JOUGHIN I R,et al.Synthetic Aperture Radar Interferometry[J].Proceedings of the IEEE,2000,88(3):333-382.

[2] ZHANG Jun.Analysis the Parameters’Sensitivity on Airborne SAR Interferometric Calibration[D].Changsha:Central South University,2011.(張俊.機(jī)載干涉SAR定標(biāo)參數(shù)敏感度分析[D].長沙:中南大學(xué),2011.)

[3] MAO Yongfei,XIANG Maosheng.Joint Calibration of Airborne Interferometric SAR Data Using Weighted Optimization Method[J].Journal of Electronics and Information Technology,2011,33(12):2819-2824.(毛永飛,向茂生.基于加權(quán)最優(yōu)化模型的機(jī)載InSAR聯(lián)合定標(biāo)算法[J].電子與信息學(xué)報,2011,33(12):2819-2824.)

[4] MALLORQUI J J,BARA M,BROQUETAS A.Sensitivity Equations and Calibration Requirements on Airborne Interferometry[C]∥Proceedings of IEEE 2000 International Geoscience and Remote Sensing Symposium.Honolulu:[s.n.],2000:2379-2741.

[5] WANG Yanping.Studies on Calibration Model and Algorithm for Airborne Interferometric SAR[D].Beijing:Institute of Electronics Chinese Academy of Sciences,2004.(王彥平.機(jī)載干涉SAR定標(biāo)模型與算法研究[D].北京:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所,2004.)

[6] LI Pin.Research on Methods of Calibration in InSAR System [D].Beijing:University of Science and Technology of China,2008.(李品.InSAR系統(tǒng)的定標(biāo)方法研究[D].北京:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2008.)

[7] JIN Guowang,ZHANG Wei,XIANG Maosheng,et al.A New Calibration Algorithm of Interferometric Parameters for Dual-antenna Airborne InSAR[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2010,39(1):76-81.(靳國旺,張薇,向茂生,等.一種機(jī)載雙天線InSAR干涉參數(shù)定標(biāo)新方法[J].測繪學(xué)報,2010,39(1):76-81.)

[8] HAN Songtao.Study on Key Technology of Data Processing for Airborne Dual-antenna InSAR System[D].Beijing: Institute of Electronics,Chinese Academy of Sciences, 2010.(韓松濤.機(jī)載雙天線干涉SAR數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所,2010.)

[9] HU Jiwei,HONG Jun,MING Feng,et al.The Strategy of GCPs Select and Error Transfer Manner among Calibration Method for Airborne InSAR based on Bundle Adjustment [J].Remote Sensing Technology and Application,2011, 26(3),270-276.(胡繼偉,洪峻,明峰,等.基于區(qū)域網(wǎng)平差的機(jī)載InSAR定標(biāo)方法中控制點的選取策略及誤差傳遞關(guān)系分析[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2011,26(3), 270-276.)

[10] MAO Yongfei,XIANG Maosheng,WEI Lideng.A Block Positioning Method for Airborne InSAR System[J].Journal of Electronics and Information Technology,2012,34(1),166-171.(毛永飛,向茂生,韋立登.一種機(jī)載干涉SAR區(qū)域網(wǎng)平面定位算法[J].電子與信息學(xué)報,2012,34(1), 166-171.)

[11] HU Jiwei,HONG Jun,MING Feng,et al.Model-based CP Selection Method for Calibration of Airborne InSAR with Sparse GCPs[J].Journal of Radars,2012,1(4),441-445.(胡繼偉,洪峻,明峰,等.基于模型的稀疏控制點機(jī)載InSAR定標(biāo)中CP連接點選取方法[J].雷達(dá)學(xué)報, 2012,1(4),441-445.)

[12] ZHANG Wei,JIN Guowang,XIANG Maosheng.Study on United Calibration of Multi-strips InSAR Data under the Sparse Control in Large Area[J].Remote Sensing Technology and Application,2013,28(1):18-26.(張薇,靳國旺,向茂生.大區(qū)域稀疏控制條件下的多條帶InSAR數(shù)據(jù)的聯(lián)合定標(biāo)研究[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2013,28(1): 18-26.)

[13] WILKINSON A J.Techniques for 3D Surface Reconstruction Using Radar Interferometry[D].London:University of London,1997.

[14] MADSEN S N,ZEBKER H A,MARTIN J.Topographic Mapping Using Radar Interferometry:Processing Techniques [J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1993,31(1):246-256.

[15] GOBLIRSCH W.The Exact Solution of the Imaging Equations for Cross-track Interferometers[C]∥Proceedings of IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium.Singapore:[s.n.],1997:437-441.

[16] LIANG Fei.Study on Calibration Experiment of Airborne Interferometric SAR[D].Beijing:Beijing Jiaotong University, 2011.(梁菲.機(jī)載干涉SAR定標(biāo)方法[D].北京:北京交通大學(xué),2011.)

[17] WANG Lei,PENG Hailiang.Experimental Study on Repeatpass Airborne SAR Interferometry[J].Journal of Electronics and Information Technology,2002,24(12): 1939-1946.(王磊,彭海良.重復(fù)飛行機(jī)載干涉SAR的試驗研究[J].電子與信息學(xué)報,2002,24(12):1939-1946.)

[18] SHI Ruilong,JING Linjiao,SONG Fuming,et al.Pepeat-pass Interferometry with Airborne Synthetic Aperture Radar [J].Journal of Electronics and Information Technology, 2003,25(11):1519-1524.(師瑞龍,荊麟角,宋福明,等.機(jī)載SAR重復(fù)軌道干涉成像試驗結(jié)果[J].電子與信息學(xué)報,2003,25(11):1519-1524.)

[19] WANG Lucai,WANG Yaonan,MAO Jianxu.Registration of InSAR Image Based on Integrating Correlation-Registration and Max-spectrum Image Registration[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2003,32(4):320-324.(汪魯才,王耀南,毛建旭.基于相關(guān)匹配和最大譜圖像配準(zhǔn)相結(jié)合的InSAR復(fù)圖像配準(zhǔn)方法[J].測繪學(xué)報,2003,32(4): 320-324.)

[20] FERRETTI A,PRATI C,ROCCA F.Analysis of Permanent Scatters in SAR Interferometry[C]∥Proceedings of the IEEE 2000 IGRASS.Hawaii:IEEE,2000:761-763.

[21] FERRETTI A,PRATI C,ROCCA F.Permanent Scatters in SAR Interferometry[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2001,39(1):8-20.

[22] FAN Hongdong.Study on Several Key Algorithms of InSAR Technique and Its Application in Land Subsidence Monitoring [D].Xuzhou:China University of Mining Technology, 2010.(范洪冬.InSAR若干關(guān)鍵算法及其在地表沉降監(jiān)測中的應(yīng)用研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2010.)

[23] DING Wei.Study of PSInSAR on the Technique of Points Selection and Phase Unwrapping[D].Changsha:Central South University,2011.(丁偉.PSInSAR點目標(biāo)提取及相位解纏技術(shù)研究[D].長沙:中南大學(xué),2011.)

(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

國家863計劃主題項目(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,黃國滿,花奮奮,等.機(jī)載雙天線InSAR聯(lián)合定標(biāo)算法[J].測繪學(xué)報,2014,43(12):1259-1265.)

10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0139

修回日期:2014-05-20