摘要：现阶段，精密干涉测量技术因其高自动化、高精密度而被广泛运用，已多次被应用于全球测图任务中。此技术使用合成孔径雷达干涉已成为最有效的全球测图手段之一，是面向未来数字摄影测量智能化下的自动成图技术。本文简要分析了当前精密干涉测量系统技术的关键技术。
关键词：精密干涉测量关键技术 InSAR 相位解缠
随着时代的发展和科学技术的进步，数字摄影测量技术经历了改革，正在由传统光学摄影测量手段进一步转向为具有高精度、高智能化、宽内涵化的多传感器联合测量技术。精密干涉测量技术使用的合成孔径雷达干涉（interferometric SAR，InSAR）具有高自动化和高精密度的特征，高自动化具体体现在其干涉链路出力过程中，高精密度体现在其干涉链路之前的参数设计与校检的过程中以及之后的DEM后处理过程。本文为数字摄影测量的智能化和自动化奠定了基础，主要阐述SAR卫星的测量校检技术、DEM数据后处理技术和数据处理技术。
1测量校检技术
精密干涉测量技术具有高自动化和高精密度的特征。SAR卫星参数的精度决定了数据处理的直接精度，而其数据处理的前提必然是参数的输入，但高精度测量参数无法通过卫星直接给定，所以说检校技术是确定星上参数误差并进行修正误差的必经途径。SAR卫星的检校链有很多，其中几何检校和干涉测量检校技术二者共同决定了全球DEM的直接精度水平。
1.1几何检校技术
检验并矫正与几何定位相关的SAR系统参数是几何校检的主要目的。在使用几何检校技术前，需要使用人工角反射器确保地面店的坐标与影像坐标一一对应，这样才能够提高检校的精度，较少刺点误差。从理论上说，检校工作只需要一个角反射器就可以完成整个工作，但是为了提高精度，减少粗差的影响，需要采用两行三列的排列方式均匀分布在刈幅范范围内，至少需要六个角反射器，为了减小其他误差的影响，检校区域的高程变化也应该尽量小。在这之后，SAR影像在全球范围内无控定位精度要保证达到25m以内，且卫星参数在３个月内应保持极好的稳定性，这样才能支撑全球测图任务。
1.2干涉测量检校技术
修正基线误差是干涉测量检校技术的目的，确保无控条件下的高程精度满足指定标准。一般来说，卫星测绘的精度不低于1∶50000，对于InSAR全球测图来说，一般也遵循类似的标准，在完成干涉测量检校及后处理之后，SAR卫星需要保证全球高程精度达到５ｍ。这对于我国InSAR全球测图来说，是极为严苛的精度水平。
干涉模式和SAR卫星基线测量方式有很大的联系，现阶段InSAR地形测绘主要通过以SRTM为代表的双天线干涉模式和以TanDEM-X为代表的双星编队干涉模式。以SRTM为代表的双天线干涉模式，基线需要采用姿轨测量仪（Attitude and Orbit Determination Avoinics，AODA）进行测量，其能够满足DETD-2D的高精度要求（约为16m），AODA提供的基线数据精度大约在2mm，姿态精度大约9″。以TanDEM-X为代表的双星编队干涉模式，基线采用星间双差GPS（double differerntial GPS，DDGPS）进行测量，其测量精度要求达到1mm，能够满足HRTI-3的高程进度要求（约为4m）。
2数据处理技术
数据处理的精度和效率是具有一定的难度的，特别是高精度相位解缠技术及快速地理编码技术。因为在卫星下传的数据是回波数据，数据处理系统需完成零多普勒成像及距离徙动校正等，继而生成经严格配准的SLC数据。同时使用SLC完成干涉链路的处理，生成高精度的经编码的 DEM初始产品。
2.1高精密相位解缠技术
确保解缠结果的稳健性和可靠性是高精度相位解缠技术的需要。不同地形条件下的相位解缠精度需求，算法都应该能够满足，不会由于地形的变化或者解缠参数的变化出现较大的解缠精度差异。在则，算法需要能够确保相位的可靠性，即解缠相位应与真实相位保持最小的L-P范数。通常在工程中最小费用流进行相位解缠，以平衡稳健性、可靠性与解缠效率，即1-P范数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆解缠之后的相位常数需要采用雷达摄影测量的手段解算。
2.2快速地理解码技术
确保整个数据处理链路效率的重要环节是快速地理编码技术。前向编码通过R-D 模型将像素坐标解算到地理坐标，解算之后的DEM 数据并不具备规则的格网，因此一般采用后向编码。地理编码算法除了前向编码还有后向编码。后向编码从规则的DEM 格网中获取地理坐标，，为了获取对应高程值，迭代优化模型参数，获取精确的点位，要通过R-D 模型解算到对应的像素坐标，最后以16点sinc截断函数进行点位高程插值，获取可靠的点位高程信息。进行工程优化需要将编码时间控制在1min以内。
3数据后处理技术
初始的DEM高程精度虽然已经能够控制在较好的水平，但是对于1∶50000比例尺地形图测绘来说，平地的高程精度水平为3m，丘陵的高程精度水平为５ｍ，山地的高程精度水平为８ｍ，高山地的高程精度水平为14m，要达到这些水平可以借助区域网平差技术消除部分卫星参数残差，需要使用多轨数据进行联合处理，减小低相干区域面积，提高DEM的有效覆盖范围。
3.1 DEM区域网平差技术
DEM区域网平差技术几何和干涉测量检校并不能消除所有误差，初始DEM中将包含基线残差、斜距残差、定轨残差及绝对相位解算残差等。这些残差量呈现一定的系统性，可在镶嵌拼接过程中，通过连接点进行平差消除。为了进一步提高 DEM精度，需要采用适量的地面控制点完成区域网平差过程。
3.2长短基线组合技术
提高相位解缠的可靠性是长短基线组合算法的目的。相位解缠精度与相位梯度相关，按照奈奎斯特采样定律，当相位梯度超过π时无法恢复真实相位。第一遍获取的 DEM数据，此时相位梯度较小，解缠精度较大，能够提供参考相位，而第二遍的干涉过程中获取的 DEM数据，此时相位梯度较大，解缠精度较小，第二遍需要采用去地形－相位解缠－加地形的操作，减小相位梯度，保障相位解缠的精度。另外，长短基线数据的入射几何应尽量一致，以确保影像具有相似的几何畸变。
3.3升降轨融合技术
SAR卫星的侧视特性会引入其特有的阴影、叠掩等畸变。因为这个情况，在进行全球测图的过程中使用InSAR技术，需要对地面进行两次观测，至少两次观测，这样才能够弥补测试过程中阴影和叠掩带来的信息损失。例如SRTM完成了两次对地全覆盖，TanDEM-X 完成了四次对地覆盖，这四次对地覆盖中两次全覆盖，两次重点地区重复覆盖。在一轨之内，获取升轨数据和降轨数据的时间各占一半。升轨数据能够提供指定区域由西向东的侧视信息，降轨数据能够提供指定区域由东向西的侧视信息。升降轨数据的阴影和叠掩区域基本上形成互补，这些数据融合后可进一步提高DEM数据的完整性。
总结
精密干涉测量技术向未来数字摄影测量智能化下的自动成图技术，因精密干涉测量技术高自动化、高精密度的特点而被广泛运用，本文提出的面向全球测图的精密干涉测量技术，具有精密干涉测量技术的高自动化、高精度化等特点，SAR卫星的测量校检技术、DEM数据后处理技术和数据处理技术，这类先进技术将有望打破我国全球高精度DEM长期依赖SRTM数据的现状，为我国全球测图提供大范围、高精度、高一致性的基础数据。精密干涉测量关键技术能够向未来数字摄影测量更先进的、智能化下的自动成图技术添砖加瓦。
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论文作者:薛继群
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
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