面向DEM的星载SAR干涉测量检校技术研究

论文摘要

数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）是地球空间信息科学的基础数据,在军事、科学、工程及社会经济建设等领域具有重大的应用价值。传统的水准测量以及光学摄影测量获取DEM的方法效率低、成本高、易受气候环境等因素影响,无法应用到全球性大区域高精度的DEM数据生产中。合成孔径雷达干涉（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）技术能够全天候、全天时获取大范围、高精度的数字高程模型产品,在地形测绘领域具有巨大的优势和广阔的应用前景。由于DEM在越来越多的研究领域发挥其重要的作用价值,所以针对DEM产品的精度要求也在逐渐提高。InSAR技术是目前获取DEM产品的最有效手段之一,但系统在干涉数据处理过程中会产生各项干涉误差源,这些误差源始终制约着DEM产品精度的提高。干涉测量检校技术通过采用地面高精度控制点对干涉参数误差的校准、校正及优化,从而提高后续生成DEM产品的高程精度。然而,在星载InSAR系统中,既存在与平面定位精度相关的几何参数误差,又存在与干涉SAR测高精度相关的干涉参数误差,这些是DEM的直接误差源。由于几何位置误差会带来额外的高程误差,且干涉参数误差之间具有一定的耦合性,若将影响量级不同的干涉参数组合在一起解算,将无法精确获得每项干涉参数的修正量。针对这种参数耦合性问题,全文主要进行了以下研究。1.基于精密定位模型完成对SAR影像的几何检校。首先,基于斜距方程、多普勒方程及地球椭球方程完成距离-多普勒（Range-Doppler,R-D）定位模型的构建;然后,依据R-D定位模型,确定与平面定位相关的参数,作为文中检校的几何参数,分别为初始斜距和初始时间;最后,基于非线性最小二乘法解算几何参数误差的修正量,构建精密几何检校模型。2.构建了基于三维重建算法的星载SAR干涉测量模型。首先,基于斜距方程、干涉相位方程及多普勒方程构建星载SAR干涉测量模型;然后,从星载SAR干涉测量模型出发,确定与干涉SAR测高精度相关的参数,作为文中检校的干涉参数,分别为干涉相位和基线矢量,并对干涉相位和基线矢量的误差特性展开分析。3.提出了利用参数独立分解的星载SAR干涉测量检校模型。首先,依据星载SAR干涉测量原理对干涉参数误差进行敏感度定量分析,判断干涉参数的变化对高程误差产生的影响;然后,对干涉相位误差进行精估计,完成对干涉相位误差的校正,并对绝对干涉相位进行误差补偿;最后,在此基础上,对基线矢量误差进行精估计,完成对基线矢量误差的校正,并对基线矢量进行误差补偿。本文选择了单发双收模式获取的4对陕西渭南区域TanDEM-X数据、1对河北区域TanDEM-X数据及单发单收模式获取的3景河南南阳区域GF-3数据进行了干涉测量检校实验及结果分析,结果表明,对于不同模式的实验数据,采用本文提出的干涉测量检校方法,均提高了DEM产品的高程精度,验证了本文方法的可靠性、有效性及可行性。希望能为我国利用InSAR技术进行全球地形测图任务提供一定的技术参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 星载InSAR系统发展概况
•     1.2.2 精密测量检校技术研究现状
•   1.3 论文的研究内容与目标
•     1.3.1 论文的研究目标
•     1.3.2 论文的研究内容
•     1.3.3 论文的组织结构
• 第二章 星载SAR几何检校模型构建
•   2.1 精密定位几何模型
•     2.1.1 R-D模型概述
•     2.1.2 R-D模型构建
•   2.2 几何检校模型的构建
•   2.3 本章小结
• 第三章 星载SAR干涉测量原理
•   3.1 星载In SAR数据处理步骤
•     3.1.1 星载InSAR数据处理流程介绍
•     3.1.2 星载InSAR数据处理流程实例
•   3.2 星载SAR干涉测量模型的构建
•   3.3 星载SAR干涉测量误差特性分析
•     3.3.1 干涉相位误差特性分析
•     3.3.2 基线矢量误差特性分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 星载SAR干涉测量检校模型构建
•   4.1 干涉误差敏感度分析
•     4.1.1 干涉相位误差敏感度分析
•     4.1.2 基线矢量误差敏感度分析
•   4.2 干涉相位误差精估计方法研究
•     4.2.1 干涉相位误差精估计方法
•     4.2.2 干涉相位误差精估计步骤
•   4.3 基线矢量误差精估计方法研究
•     4.3.1 基线矢量误差精估计方法
•     4.3.2 基线矢量误差精估计步骤
•     4.3.3 模型系数的推导
•   4.4 本章小结
• 第五章 实验与结果分析
•   5.1 实验一:基于单发双收模式TanDEM-X数据的干涉测量检校
•     5.1.1 基于陕西地区TanDEM-X数据的干涉测量检校
•     5.1.2 基于河北地区TanDEM-X数据的干涉测量检校
•   5.2 实验二:基于单发单收模式GF-3 数据的干涉测量检校
•     5.2.1 基于河南地区GF-3 数据的干涉测量检校
•   5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A （攻读学位其间发表论文目录）

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 范军

导师: 左小清,李涛

关键词: 几何检校,干涉测量检校,地形测绘

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,自然地理学和测绘学

单位: 昆明理工大学

分类号: P237;P217

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.000190

总页数: 92

文件大小: 11562K

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