pos機感應(yīng)器在哪里,機載SAR 遙感測圖技術(shù)及應(yīng)用

新聞資訊 | 2023-03-30 08:11 | 投稿人：pos機之家

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本文目錄一覽：

1、pos機感應(yīng)器在哪里

2、中信跨行電子現(xiàn)金怎么使用

pos機感應(yīng)器在哪里

摘要

SAR遙感不同于光學遙感的特點使得其在特定場合的應(yīng)用有著獨特的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。該文系統(tǒng)介紹了中國測繪科學研究院近10年來在雷達測圖數(shù)據(jù)獲取、處理系統(tǒng)建設(shè)和雷達測圖關(guān)鍵技術(shù)研究等方面的代表性成果，包括機載多波段多極化SAR測圖系統(tǒng)、X波段雙天線極化干涉SAR系統(tǒng)、微小型全極化MiniSAR系統(tǒng)等。針對機載SAR硬件系統(tǒng)的集成和測圖軟件系統(tǒng)開發(fā)中的難點問題和關(guān)鍵技術(shù)問題以及創(chuàng)新成果進行了重點闡述，對成果的主要應(yīng)用進行了簡要介紹。該文是SAR測圖課題組多年來研究成果一個系統(tǒng)總結(jié)，同時對SAR遙感測圖技術(shù)今后的研發(fā)重點進行了展望。

引用格式

黃國滿，程春泉，趙爭，等．機載ＳＡＲ遙感測圖技術(shù)及應(yīng)用［Ｊ］．測繪科學，２０１９，４４（６）：１０５-１１３．

正文

0引言

微波遙感因其具有全天候、全天時的工作能力，能夠?qū)崿F(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測，對一些物體及地表具有一定的穿透能力，這些優(yōu)點使它在軍事和民用上都發(fā)揮了重要作用，微波遙感已成為當今世界上遙感界研究開發(fā)應(yīng)用的重點。我國幅員遼闊，存在大范圍的多云霧測圖困難地區(qū)，同時，我國又是災(zāi)害頻發(fā)的國家，迫切需要適應(yīng)云霧天氣、能全天時工作的測圖與快速應(yīng)急響應(yīng)裝備。相比光學航空遙感系統(tǒng)受天氣、光照影響較大，機載合成孔徑雷達（synthetic aperture radar，SAR）測圖系統(tǒng)以其反應(yīng)迅速、能全天時全天候工作的特點，成為多云霧測繪困難地區(qū)測圖和應(yīng)急響應(yīng)不可或缺的手段。如雅安地震災(zāi)害發(fā)生時，震后獲取的光學影像雖為決策部門提供了重要的信息支持，但部分數(shù)據(jù)受到云的影響，不能實現(xiàn)地面災(zāi)情遙感數(shù)據(jù)的全覆蓋，也勢必影響到地面的受災(zāi)信息反映，而SAR系統(tǒng)不受云霧覆蓋的影響，可以彌補光學影像欠缺的重要災(zāi)情信息。

SAR具有幾個明顯的特征：全天候工作性能；分辨率高，所攝照片清晰；覆蓋面積大，提供信息快；不易受干擾；具有分辨地面固定和活動目標的能力。針對SAR測圖能夠穿云透霧不受天氣影響的優(yōu)勢以及我國光學影像測圖困難地區(qū)大比例尺測圖需求，課題組在SAR測圖領(lǐng)域進行了長期的探索和研究，取得了一些有特點的成果，開發(fā)集成到軟件和硬件中，形成了機載多波段多極化干涉SAR測圖系統(tǒng)、X波段雙天線極化干涉SAR系統(tǒng)、無人機載miniSAR測圖系統(tǒng)，在我國云霧光學測圖困難地區(qū)發(fā)揮了積極的作用。

1 機載多波段多極化干涉SAR測圖系統(tǒng)（CASMSAR）

1996—2011年，正值我國西部1∶50 000空白區(qū)測圖工程執(zhí)行期間，光學立體衛(wèi)星影像成為該項工程的主要數(shù)據(jù)源，但一些區(qū)域因常年云霧、積雪原因，光學影像難以勝任。研發(fā)機載SAR測圖系統(tǒng)是當時面臨的一項重要任務(wù)，經(jīng)過4年的努力，課題組研發(fā)了國內(nèi)首套機載多波段多極化干涉SAR測圖系統(tǒng)（CASMSAR）。該系統(tǒng)由3大部分組成（圖1）：機載多波段多極化干涉SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)、SAR測圖工作站和機載SAR數(shù)據(jù)預(yù)處理與分發(fā)系統(tǒng)。

圖1 機載多波段多極化干涉SAR測圖系統(tǒng)

1.1 CASMSAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的機載多波段多極化干涉SAR測圖數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的成功研制，填補了國內(nèi)空白，整體性能達到國際同類先進水平，打破了發(fā)達國家對我國的技術(shù)壁壘。該系統(tǒng)具有從萬米高空穿透云霧、全天時全天候獲取0.5~5 m分辨率的多波段（X和P波段）、多極化（HH、HV、VH和VV）干涉與立體SAR數(shù)據(jù)的能力，解決了我國云霧、冰雪覆蓋區(qū)域的測圖數(shù)據(jù)獲取難題，實現(xiàn)1∶5 000～1∶50 000比例尺測繪^[1]。主要技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在：

1）高精度運動補償和大偏流角成像與干涉技術(shù)：解決了X波段無穩(wěn)定平臺長干涉基線處理、保相的雙通道運動補償及P波段高精度大孔徑運動補償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，確保了高質(zhì)量成像；突破了大偏流角條件下成像和干涉的難題，使偏流角容許值由常規(guī)的3°提高至10°^[2]，航線偏離從200 m降低至80 m，實現(xiàn)了飛控導航系統(tǒng)與兩部SAR傳感器、定位定向系統(tǒng)（position and orientation system，POS）系統(tǒng)的高效集成。與國內(nèi)類似系統(tǒng)相比，干涉天線從需穩(wěn)定平臺發(fā)展至無需穩(wěn)定平臺，基線長度從0.5 m提高至2.2 m，高程精度提高4倍。

2）多傳感器時空同步高效集成技術(shù)：基于秒脈沖和事件觸發(fā)技術(shù)解決雙波段雷達與POS的時空同步問題，實現(xiàn)了飛控導航系統(tǒng)與X波段干涉SAR傳感器、P波段極化SAR傳感器、POS系統(tǒng)的高效集成，保障了在單次飛行中同步、可靠地獲取高精度的干涉和極化SAR數(shù)據(jù)^[3]。

3）智能導航飛行控制技術(shù)：研制了一體化的智能導航和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了靈活機動的航線管理、平穩(wěn)的航線控制和精確的雷達操作，在載機沒有鉸鏈慣導系統(tǒng)的條件下，使航線偏離誤差由以往200 m降低至80 m，保證了SAR傳感器高精度的成像質(zhì)量^[3]。

機載多波段多極化干涉SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)以其多波段、多極化、干涉+立體、高精度、寬測繪帶和業(yè)務(wù)化的技術(shù)特點成為SAR遙感數(shù)據(jù)快速獲取的高端裝備，是國內(nèi)首個滿足1∶5 000～1∶50 000比例尺測圖精度的機載SAR業(yè)務(wù)化運行系統(tǒng)，達到了同期機載SAR測圖系統(tǒng)的國際先進水平。

1.2 CASMSAR測圖工作站

攻克了復雜地形區(qū)域高精度測圖等系列核心技術(shù)，研發(fā)了針對地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)的SAR測圖工作站，實現(xiàn)了SAR干涉和立體測圖、極化分類、信息提取和解譯及SAR定量參數(shù)反演等功能，實現(xiàn)了立體環(huán)境下基于網(wǎng)絡(luò)化分布式協(xié)同的全要素矢量采編一體化的工作模式，可生產(chǎn)1∶5 000～1∶50 000比例尺的數(shù)字線劃圖（digital line graph, DLG）、數(shù)字高程模型（digital elevation model, DEM）、數(shù)字正射影像（digital orthophoto map, DOM）、地表覆蓋圖（land cover map, LC）等測繪產(chǎn)品^[1]，是國內(nèi)外唯一能夠綜合利用極化、干涉、立體SAR技術(shù)實現(xiàn)測圖與解譯的SAR數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)，性能達到了國際領(lǐng)先水平。技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在：

1）復雜地形區(qū)域高精度DEM提取技術(shù)。提出了外部DEM輔助的精化干涉處理、視差編輯輔助的立體SAR提取DEM、多源數(shù)據(jù)融合的DEM制作等技術(shù)，有效解決了復雜地形引起的失相干和誤匹配問題^[3-5]。

2）無遮擋、無疊掩的SAR正射影像圖制作技術(shù)。提出了基于差分全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）和姿態(tài)測量數(shù)據(jù)及稀少控制點的正射糾正方法、以及應(yīng)用多方向、多種極化方式的SAR影像融合制作彩色DOM的技術(shù)，有效地解決了疊掩陰影導致的信息缺失問題^[6-7]。

3）多側(cè)視模型互補的SAR立體測圖與解譯技術(shù)。提出了基于幾何變換、影像模擬和影像坐標映射三種SAR立體模型制作方法，實現(xiàn)多側(cè)視模型互補的SAR立體測圖，解決SAR多立體模型的快速加載與切換等系列快速測圖問題^[8]。

4）稀少控制點SAR影像目標定位技術(shù)。以嚴密構(gòu)像模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了SAR影像觀測值的誤差方程，并與機載POS、衛(wèi)星軌道、姿態(tài)等多源數(shù)據(jù)聯(lián)合平差，實現(xiàn)稀少控制點SAR影像的區(qū)域網(wǎng)平差與目標對地定位^[9-10]。

SAR測圖工作站綜合利用極化、干涉、立體SAR技術(shù)實現(xiàn)測圖的軟件系統(tǒng)，與GAMMA、Earthview和 InSAR等國外知名軟件相比，整體達到國際領(lǐng)先水平。首次提出了外部DEM輔助下精化干涉處理、視差編輯輔助的立體SAR提取DEM、多側(cè)視模型互補的SAR立體測圖、無遮擋無疊掩的SAR正射影像圖制作、多源數(shù)據(jù)融合的DEM制作、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同SAR立體智能解譯、多波段/多極化SAR圖像分類等多項創(chuàng)新性的核心技術(shù)。與國內(nèi)外知名SAR遙感軟件相比，SAR測圖工作站功能全面，并增加了雷達干涉/立體提取DEM、DEM精化、多方向的DOM/DEM融合和SAR立體環(huán)境下矢量采集與編輯等高效、實用的特色功能。實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化分布式協(xié)同工作模式，作業(yè)效率提高了30%以上；支持機載和星載SAR數(shù)據(jù)聯(lián)合處理^[3]。

1.3 CASMSAR系統(tǒng)的應(yīng)用

提出了復雜地形區(qū)域SAR測圖的技術(shù)方案、工藝流程，首次制定了我國的SAR測圖工藝流程和行業(yè)標準，形成了SAR測圖技術(shù)體系，為利用SAR技術(shù)制作DEM、DOM、DLG、LC等系列測圖產(chǎn)品提供了整體解決方案，促進了SAR規(guī)?；瘻y圖的發(fā)展，指導完成了西部測圖工程橫斷山脈區(qū)域測圖任務(wù)，為西部測圖工程的順利完成提供了有力的技術(shù)支撐保障。通過大量生產(chǎn)實踐，首次詳細地設(shè)計了各工序的技術(shù)和方法，設(shè)置了各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制標準，保障了產(chǎn)業(yè)化運行。

1）技術(shù)方案與工藝流程。綜合考慮測區(qū)地形條件、植被分布、云霧和冰雪覆蓋情況，設(shè)計了SAR影像控制測量方案、SAR影像調(diào)繪方案、SAR內(nèi)業(yè)測圖方案，SAR地表覆蓋數(shù)據(jù)制作方案等。形成了SAR影像調(diào)繪、SAR區(qū)域網(wǎng)加密、DEM/DOM/DLG/LC制作等工藝流程，解決了因我國西部地區(qū)自然地理環(huán)境艱難、氣候條件復雜帶來的系列測圖難題。

2）行業(yè)標準。制定了1∶50 000地形圖合成孔徑雷達航空攝影技術(shù)規(guī)定、1∶50 000地形圖合成孔徑雷達航空攝影測量技術(shù)規(guī)定、1∶50 000地形圖合成孔徑雷達航天攝影測量技術(shù)規(guī)定，提出了SAR測圖生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制措施，促進了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

3）在國內(nèi)建立了SAR測圖產(chǎn)業(yè)化運行體系。本項目聯(lián)合建立了企業(yè)化運行的機載SAR數(shù)據(jù)獲取隊伍與機制，構(gòu)建了高性能集群化的快速預(yù)處理與靈活的數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，形成了產(chǎn)學研用相結(jié)合的SAR遙感測圖與應(yīng)急響應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈。在陜西、黑龍江、四川和重慶分別建立了SAR數(shù)據(jù)生產(chǎn)作業(yè)基地，裝備SAR測圖工作站100余套，形成了SAR測圖的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，納入到國家基礎(chǔ)測繪體系。

CASMSAR在陜西、黑龍江、四川、重慶、云南和解放軍某部等測繪部門使用，完成了橫斷山脈22萬km²SAR測圖生產(chǎn)任務(wù)和土地調(diào)查工作。在海島礁測繪工程中，作為唯一中標的SAR測圖平臺裝備使用。具體包括2010年SAR航攝數(shù)據(jù)獲取橫斷山脈區(qū)域約11萬km²；西安秦嶺區(qū)域SAR數(shù)據(jù)約1 200 km²；獲取玉樹地震區(qū)域SAR數(shù)據(jù)約2 000 km²；2011年西部測圖工程橫斷山脈區(qū)域約20萬km²，合計502幅圖，包括1∶50 000 DOM、DEM、DLG制作。西安秦嶺區(qū)域SAR測圖約1 200 km²。2012年若爾蓋濕地SAR航攝數(shù)據(jù)獲?。杭s1.26萬km²；若爾蓋濕地SAR測圖，合計504幅圖，包括1∶10 000 DOM、DEM、DLG制作；927海島礁測繪SAR測圖軟件系統(tǒng)。CASMSAR先后為汶川地震災(zāi)情信息評估、玉樹地震災(zāi)情信息獲取及評估、海南災(zāi)情信息評估等提供了應(yīng)急保障服務(wù)^[11-12]。同時，CASMSAR已經(jīng)在馬來西亞理工大學、國防科技大學、中南大學、首都師范大學等國內(nèi)外多家科研與教育機構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。CASMSAR自投入應(yīng)用以來，已直接應(yīng)用于西部測圖工程、927工程、重大自然災(zāi)害快速應(yīng)急響應(yīng)、教學與科研。

2 X波段雙天線極化干涉SAR系統(tǒng)

該項目的執(zhí)行期為2011—2016年。當時國內(nèi)已研發(fā)成功多套極化/干涉/極化干涉SAR傳感器，并成功實現(xiàn)了SAR傳感器載荷與飛行平臺的集成，已基本掌握航空航天SAR遙感數(shù)據(jù)獲取關(guān)鍵技術(shù)。但是，由于缺乏對SAR成像機理的深刻認識，缺乏高效的SAR影像精確處理模型、定量化的處理手段和通用化快速處理軟件系統(tǒng)，SAR處理與解譯存在精度低、可判別類別少、處理效率低等難題，導致SAR影像數(shù)據(jù)的應(yīng)用受到極大限制^[13]，迫切需要定量化、精準化、高性能SAR處理與解譯技術(shù)和系統(tǒng)來支撐SAR技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用需求。在國家863計劃項目支持下，經(jīng)過4年的聯(lián)合攻關(guān)，突破了SAR影像精準處理、高精度三維信息提取、基于知識庫的高可信解譯、SAR影像核心處理功能加速等系列核心技術(shù)，首次研發(fā)了能處理國內(nèi)外航空航天SAR數(shù)據(jù)、功能齊全、具有PB級影像數(shù)據(jù)管理和并行處理解譯能力的國家級SAR影像處理解譯系統(tǒng)，并在地形測繪、土地利用分類與植被覆蓋監(jiān)測等多個領(lǐng)域開展了應(yīng)用推廣。X波段雙天線極化干涉SAR系統(tǒng)是其中的一項代表性成果。

2.1 X波段雙天線極化干涉SAR硬件系統(tǒng)

X-波段極化干涉合成孔徑雷達(polarimetric interferometric SAR，PolInSAR)系統(tǒng)能夠在高程精度、極化測量精度、輻射定標精度以及幾何測量精度等方面取得突破，對X-波段雷達系統(tǒng)的發(fā)射功率容量、接收通道幅相一致性、系統(tǒng)增益穩(wěn)定度、內(nèi)定標精度、激勵信號帶內(nèi)外雜散抑制有了明顯提升。構(gòu)建的X波段雙天線極化干涉SAR獲取技術(shù)及系統(tǒng)，具備高低空快速數(shù)據(jù)獲取能力，可同時獲取0.3~2.5 m X波段全極化干涉數(shù)據(jù)，具有高分辨率、寬測繪帶干涉合成孔徑雷達系統(tǒng)，高程精度達到0.28 m，是國際上干涉精度最高的幾個雷達系統(tǒng)之一。

1）工作模式設(shè)計。在單發(fā)雙收模式下，兩幅X-波段雙線極化天線安裝在天線吊艙內(nèi)，以達到2.2 m最長基線，提高干涉精度。在此模式下，微波組合開時鐘指向H極化天線，微波組合配置為僅選通兩路接收回波到低功率射頻的接收機，信號經(jīng)過低噪聲放大、混頻、濾波后輸出中頻信號給數(shù)據(jù)形成單元，數(shù)據(jù)形成單元中只有兩塊AD卡工作，同時采集兩路接收機輸出的信號，AD量化后的數(shù)字信號通過高速總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄系統(tǒng)進行記錄，并可根據(jù)指令能夠同時傳輸?shù)綄崟r數(shù)據(jù)處理器進行處理。乒乓模式下，兩幅X-波段雙線極化天線安裝在天線吊艙內(nèi)，以達到2.2 m 最長基線，提高干涉精度。在此模式下，微波組合通過乒乓開關(guān)切換發(fā)射通路，提高有效干涉基線的長度，選通四路回波到低功率射頻的接收機。低功率射頻分別經(jīng)放大、混頻、濾波后輸出信號經(jīng)AD量化后通過高速總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄系統(tǒng)進行記錄。極化干涉模式下，兩幅X-波段雙線極化天線安裝在天線吊艙內(nèi)，以達到2.2 m最長基線，提高干涉精度。在此模式下，H通道與V通道交替乒乓發(fā)射，H通道與V通道乒乓接收。低功率射頻內(nèi)分別經(jīng)放大、混頻、濾波后輸出信號經(jīng)AD量化后通過高速總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄系統(tǒng)進行記錄。高分辨率模式：此模式為應(yīng)急測繪使用，在飛行高度較高情況下，使用寬脈寬，低PRF降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)率，增加采樣點數(shù)，選擇使用單通道接收增加應(yīng)急模式下的測繪幅寬。

2）高分辨率極化干涉SAR硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)測繪帶寬與距離向波束范圍等因素有關(guān)，設(shè)計了不同工作模式下的測繪帶與波束范圍，保證在不同分辨率模式下均可滿足測繪帶寬要求。根據(jù)不同分辨率下斜距分辨率與信號帶寬之間的關(guān)系并考慮設(shè)計余量，將分辨率分別為0.3、1和2.5 m的極化干涉SAR信號帶寬分別設(shè)計為670 MHz、250 MHz和125 MHz。在條帶工作模式下，方位向波束寬度在3.5°以上。系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)率為320（MB·s^—1），記錄器峰值記錄速度可以為320（MB·s^—1），存儲容量為2.2 TB。基于雙程回波方向圖計算得到的最大距離模糊比應(yīng)小于—35 dB；而方位向模糊比應(yīng)小于—21 dB。輸入動態(tài)范圍在0.3 m分辨率，2 000 m作業(yè)高度時，其等效后向散射系數(shù)在—37~—44 dB。在1 m分辨率4 000 m作業(yè)高度時，其等效后向散射系數(shù)在—32~—37 dB。在2.5 m分辨率，8 000 m作業(yè)高度時，其等效后向散射系數(shù)在—28~—34 dB。作業(yè)高度分別在2 000、4 000、10 000 m時，可以滿足0.5、1.0、2.5 m的高程精度要求。

3）高精度極化定標技術(shù)。X-波段極化天線擬采用波導縫隙陣列天線，極化隔離度可以達到30 dB以上的隔離度。經(jīng)過極化定標后，極化隔離度可以進一步提高至35 dB以上。

SAR系統(tǒng)極化通道間幅度不平衡和相位不平衡變化誤差依靠內(nèi)定標技術(shù)監(jiān)測校正，內(nèi)定標采用脈間連續(xù)定標方案，并只進行通道間的相對變化測量，可以獲得較高的測量精度，幅度不平衡優(yōu)于0.2 dB。使用3個無源反射器（1個三面角反射器、1個0°二面角反射器、1個45°二面角反射器）進行極化外定標。對于X-波段，當信雜比優(yōu)于25 dB時，幅度不平衡誤差為0.06 dB，相位不平衡誤差為3°。當定標器極化隔離度優(yōu)于35 dB，幅度不平衡優(yōu)于0.2 dB，相位不平衡優(yōu)于2°時，外定標極化隔離度優(yōu)于35 dB，幅度不平衡優(yōu)于0.3 dB，相位不平衡優(yōu)于5°。

2.2關(guān)鍵技術(shù)及軟件系統(tǒng)

1）SAR通用精確處理技術(shù)。通過系列SAR精確處理關(guān)鍵技術(shù)的突破，構(gòu)建了SAR通用精確處技術(shù)方法。針對極化SAR影像斑點噪聲問題，聯(lián)合方位向濾波和距離向濾波前置濾波、多尺度多方向的自適應(yīng)中值濾波、改進自適應(yīng)Goldstein濾波、極化SAR自適應(yīng)濾波算法，自適應(yīng)地抑制InSAR干涉圖相位噪聲，有效降低了斑點噪聲對極化SAR相干性影響，提高了InSAR 干涉對的相干性^[14-15]。針對SAR立體影像間存在嚴重的輻射變化和幾何畸變等問題，提出了適用于機載SAR影像的“多視角自適應(yīng)歸一化互相關(guān)系數(shù)和”影像匹配方法，解決了大基高比機載立體SAR影像匹配難點，聯(lián)合隨機抽樣一致性算法（RANSAC）和分塊處理測量，影像匹配錯誤率由30%下降到5%以內(nèi)，速度提升2～3倍^[16-17]。構(gòu)建了多源影像幾何定位通用模型，能夠適用于不同影像的幾何處理，實現(xiàn)了稀少或無地面控制點條件下高分辨率多源機載和星載SAR影像的聯(lián)合定位，以及光學與SAR影像的聯(lián)合定位^[18-19]。

2）多模式SAR三維信息提取方法。提出了將干涉相位整周期數(shù)作為未知數(shù)和目標坐標一起解算的多基線高程反演模型，從而避免了地形復雜區(qū)域因相位解纏錯誤引入的高程誤差，顯著提升了解算的穩(wěn)定性的高程精度，并在有效降低偶然誤差影響的情況下并不損失地物細節(jié)信息，同時適用于機載和星載數(shù)據(jù)^[20]。建立了SAR影像與糾正影像間的嚴格轉(zhuǎn)換關(guān)系，實現(xiàn)了基于模擬糾正SAR立體影像匹配提取DEM方法；通過幾何變換，消除立體像對上下視差，構(gòu)建SAR立體模型，實現(xiàn)了高精度立體量測^[21-22]；提出立體攝影測量協(xié)同解纏相位改正方法，解決了失相干和疊掩、陰影等對三維信息提取影響的問題，InSAR DEM提取精度提升30%^[23-24]。

3）SAR影像處理算法加速。構(gòu)建了SAR影像加速處理平臺，加速平臺由宿主計算機和圖形處理器（graphics processing unit，GPU）加速卡組成，兩部分緊密結(jié)合完成SAR影像處理流程，主機系統(tǒng)主要負責影像存儲讀寫與GPU之間的通信，GPU主要負責大規(guī)模數(shù)據(jù)處理；進行加速單元開發(fā)平臺的構(gòu)建、主要包括驅(qū)動加速卡、安裝SDK包和開發(fā)庫，在Windows平臺下與Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境進行捆綁。開發(fā)了基于RPC(rational polynomial coefficient）參數(shù)的星載SAR影像幾何校正、基于模板的平滑濾波、影像鑲嵌、SAR影像配準、SAR影像干涉處理五個加速單元；并使用大幅面影像進行測試，測試處理結(jié)果的正確性，五個加速單元均達到了20倍以上的加速比的性能指標^[25]。提出了應(yīng)對大幅面的核外計算方法（out-of-core），由于單幅影像越來越大，不可能一次將整景影像全部導入GPU進行處理。因此，必須采用核外計算方法（out-of-core），也即影像分塊讀取并導入GPU，GPU內(nèi)多線程并行處理，為每個像素分配一個線程，處理結(jié)果導出至主機內(nèi)存，最后寫入結(jié)果文件。分析得到了三個影響加速性能的主要因素為：單次導入影像計算規(guī)模、主機與GPU之間交換的數(shù)據(jù)量、GPU卡各性能指標。軟件將五個常用SAR處理加速單元的集成到系統(tǒng)中。

4）高性能處理環(huán)境。SAR影像高性能處理環(huán)境構(gòu)建從運行環(huán)境配置、硬件設(shè)計、軟件支撐和平臺構(gòu)建四個方面構(gòu)建一個SAR影像高性能處理環(huán)境。構(gòu)建了高速的存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（光纖網(wǎng)）與相關(guān)服務(wù)，采用了存儲區(qū)域網(wǎng)（storage area network，SAN）和海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)。構(gòu)建了由4臺計算服務(wù)器設(shè)備、1臺千兆以太網(wǎng)交換機、1臺光纖網(wǎng)交換機和5臺機柜式磁盤陣列存儲設(shè)備組成的并行集群計算硬件系統(tǒng)，配置了StorNext和Condor集群軟件，利用StorNext實現(xiàn)了存儲系統(tǒng)的管理，利用Condor實現(xiàn)了計算節(jié)點任務(wù)調(diào)度等功能。構(gòu)建了集群的用戶操作環(huán)境，向并行集群計算系統(tǒng)提交數(shù)據(jù)處理任務(wù)。開展了集群處理試驗，證明該集群系統(tǒng)達到了PB級SAR影像處理與管理能力，百個CPU核并行處理能力，單幅SAR影像并行讀寫能力不低于常規(guī)讀寫的10倍的性能指標。

2.3 X波段機載極化干涉SAR應(yīng)用

1）通過對不同控制點布設(shè)方案、平差方案、以及不同影像組合定位精度對比實驗分析的基礎(chǔ)上，制定了航空航天SAR影像聯(lián)合定位的技術(shù)規(guī)范和技術(shù)流程、1∶5 000 1∶10 000地形圖合成孔徑雷達航空攝影測量技術(shù)規(guī)定。

2）形成了地形測繪和植被覆蓋監(jiān)測專業(yè)應(yīng)用示范系統(tǒng)，在地形測繪與土地利用分類應(yīng)用示范區(qū)制作了產(chǎn)品1∶5 000、1∶10 000、1∶50 000等3種比例尺DEM、DOM、DLG、土地利用專題產(chǎn)品；在植被覆蓋監(jiān)測應(yīng)用示范區(qū)制作了1∶25 000比例尺的森林植被類型分布圖、森林地上生物量分布圖。

3）首次在國內(nèi)構(gòu)建了星-機-地一體化遙感綜合實驗區(qū)數(shù)據(jù)庫——包括1萬km²的機載SAR數(shù)據(jù)和星載SAR數(shù)據(jù)，四川若爾蓋實驗區(qū)、內(nèi)蒙古大興安嶺實驗區(qū)的激光雷達（light detection and ranging， LiDAR、光學CCD（charge coupled device）、氣象水文觀測數(shù)據(jù)、解譯樣本和林地的樣例數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)共享，簽署了14份數(shù)據(jù)共享協(xié)議。在四川若爾蓋爾蓋、河南登封等地區(qū)開展了稀少或無地面控制點條件下的機載和星載SAR影像定位和區(qū)域網(wǎng)平差生產(chǎn)，驗證定位模型的可行性與精度。

SAR影像高性能處理解譯系統(tǒng)已出售或捐贈給四川測繪局、中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司、武漢大學王之卓教育發(fā)展基金、中南大學、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學以及國防領(lǐng)域共計近300套，總計金額近億元人民幣；在四川測繪局、在航天科技集團、中國測繪科學研究院等單位完成了SAR制圖監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用，累積經(jīng)濟效益超過數(shù)千萬元人民幣。

中國測繪科學研究院、武漢大學、中國科學院、林業(yè)科學院等單位在SAR不同領(lǐng)域有深厚的研究基礎(chǔ)，建立了SAR科研和教育協(xié)作機制，在資源整合、關(guān)鍵技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)、學術(shù)交流和學生聯(lián)合培養(yǎng)方面，形成了良好的交流協(xié)作機制，為國內(nèi)SAR技術(shù)的發(fā)展提供了聯(lián)合創(chuàng)新的平臺。

3 無人機載MiniSAR測圖系統(tǒng)

雖然我國已經(jīng)具備中、高空機載SAR系統(tǒng)并成功應(yīng)用于國民經(jīng)濟領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域，如由中國測繪科學研究院牽頭研制的機載多波段多極化干涉SAR測圖系統(tǒng)，在測圖和應(yīng)急監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用，但受到設(shè)備采購成本、使用成本和操作成本相對較高的限制，難以在全國范圍內(nèi)形成多點配置的局面，因此急需低空、超低空，低成本、輕小型無人機SAR測圖系統(tǒng)。微小型SAR以其體積小、重量輕、成本低、應(yīng)急能力與靈活性強，實用性、可靠性高等特點，可用于公共安全、環(huán)境監(jiān)測和各種軍事用途，成為當前世界各國對地觀測科技工作者共同的愿望和努力目標。2014—2016年，在原國家測繪地理信息局公益行業(yè)科研專項經(jīng)費支持下，啟動了無人機載MiniSAR測圖系統(tǒng)研制，包括無人機微小型SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)研制和無人機微小型SAR數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研發(fā)，并與測繪地理信息的廣泛應(yīng)用相結(jié)合，形成服務(wù)于國家重大應(yīng)用和應(yīng)急監(jiān)測保障的微小型SAR測圖技術(shù)體系和裝備能力，并進行規(guī)?；瘧?yīng)用。

無人機載MiniSAR測圖系統(tǒng)的研制中重點突破了微小型全極化SAR系統(tǒng)一體化設(shè)計、微型SAR實時處理、微型SAR運動補償、無人機微小型全極化SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)集成、區(qū)域網(wǎng)平差、快速糾正拼接處理、SAR立體測圖、極化SAR快速信息提取等核心關(guān)鍵技術(shù)，開展了應(yīng)急監(jiān)測應(yīng)用示范。研制成功的無人機載MiniSAR測圖系統(tǒng)具備了微小型全極化SAR測圖系統(tǒng)規(guī)?；瘻y圖生產(chǎn)與快速應(yīng)急響應(yīng)以及批量裝備的能力，提升了SAR遙感數(shù)據(jù)獲取、處理及應(yīng)用的技術(shù)水平。

3.1 MiniSAR硬件系統(tǒng)

根據(jù)無人機微小型全極化SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)構(gòu)建的總體技術(shù)要求,研制精確飛行控制與任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)；完成無人機平臺適用性升級改進完善；集成設(shè)備與平臺，最終形成高分辨率、高精度、寬測繪帶全極化的無人機微小型全極化SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。

1）無人機平臺適用性改進與完善。根據(jù)無人機微小型全極化SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)構(gòu)建的技術(shù)要求，在現(xiàn)有無人機系統(tǒng)中進行選型，首先在任務(wù)載荷能力、飛行速度、實用升限等技術(shù)參數(shù)滿足需要；然后對選定的無人機系統(tǒng)進行適用性升級改進和完善，對無人機機體內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局、飛行導航與控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收方式等分系統(tǒng)進行改進和提高，形成指標先進、性能可靠的無人機平臺系統(tǒng)。

2）無人機微小型全極化SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)優(yōu)化集成。按照無人機微小型全極化SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)技術(shù)要求，將微小型全極化SAR傳感器系統(tǒng)、飛行控制與任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)等設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸鏈路與無人機平臺進行優(yōu)化集成，完成設(shè)備的互聯(lián)互通，形成無人機微小型SAR數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。

3）精確飛行控制與任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)。精確飛行控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)飛行任務(wù)航線管理，并在保證SAR傳感器成像質(zhì)量的前提下，輔助操控實現(xiàn)精確的航線控制。任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)主要依據(jù)數(shù)據(jù)獲取范圍和攝影面積、測圖方法、測圖比例尺、SAR影像分辨率、特殊技術(shù)要求以及載機性能參數(shù)等，規(guī)劃SAR數(shù)據(jù)獲取任務(wù)分區(qū)、飛行架次、數(shù)據(jù)獲取航線圖，用于飛控計算機控制雷達獲取數(shù)據(jù)。

3.2 MiniSAR測圖軟件系統(tǒng)

針對應(yīng)急采集數(shù)據(jù)處理要求，研究了無人機SAR影像區(qū)域網(wǎng)平差、快速糾正拼接、SAR立體測圖、極化SAR快速信息提取等技術(shù)，構(gòu)建了適合微小型SAR數(shù)據(jù)的測圖處理系統(tǒng)。

1）無人機SAR影像區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)。針對無人機SAR航線規(guī)則性差、近遠距端入射角差異大、無姿態(tài)數(shù)據(jù)、大斜視角、影像幅寬小、同航線影像前方交會以及內(nèi)部變形差異大的特點，研究僅基于傳感器位置信息的幾何模型，研究無控制點條件下的自由網(wǎng)平差相對定向、以及稀少或低精度控制點條件下的SAR影像區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)，實現(xiàn)微小型SAR影像的定向定位。

2）無人機SAR影像快速糾正拼接技術(shù)。研究無人機SAR影像高精度幾何糾正方法、基于已有地理數(shù)據(jù)的控制點快速獲取、非理想成像條件下SAR影像的匹配、基于網(wǎng)格采樣的SAR影像快速糾正和基于影像幾何信息的自動拼接方法，實現(xiàn)正射影像圖和應(yīng)急圖件的快速制作^[26]。

3）SAR立體測圖技術(shù)。研究SAR立體定位方法和理想像對制作方法，獲取立體效果良好、量測精度較高的立體模型，用于三維信息提取與解譯。研究立體數(shù)據(jù)自動配對方法，解決無人機SAR立體測圖中模型數(shù)量較多的問題，滿足大規(guī)模測圖生產(chǎn)和應(yīng)急數(shù)據(jù)處理需求。研究全極化SAR彩色立體模型制作方法，充分利用極化信息進行信息提取與解譯。

4）典型目標快速提取和變化檢測。充分發(fā)揮微小型全極化SAR在地震、洪澇、林火、滑坡泥石流等災(zāi)害應(yīng)急中的優(yōu)勢，針對倒塌房屋、阻隔道路、洪水淹沒等災(zāi)害現(xiàn)象，重點分析受災(zāi)地物的極化特征，提出能顯著區(qū)分受災(zāi)地物與正常地物的極化特征因子，準確地提取受災(zāi)地物。發(fā)展建筑物損毀、道路阻隔和洪澇災(zāi)害等極化SAR變化檢測的方法。

3.3 系統(tǒng)的應(yīng)用

1）大比例尺測圖技術(shù)應(yīng)用示范。選擇典型區(qū)域，依托微小型全極化SAR測圖系統(tǒng)，采用SAR影像處理及數(shù)字化立體測圖技術(shù)，輔以影像解譯、野外調(diào)繪及核查等方法，開展典型區(qū)域1∶2 000比例尺DLG、DOM、DEM等測繪產(chǎn)品制作，通過生產(chǎn)試驗，驗證測圖系統(tǒng)在大比例尺測圖中應(yīng)用的可行性，建立數(shù)據(jù)處理和信息提取技術(shù)流程與規(guī)范，同時對系統(tǒng)性能進行改進與完善。

2）應(yīng)急監(jiān)測應(yīng)用示范。選擇典型區(qū)域，依托微小型全極化SAR測圖系統(tǒng)，基于無人機SAR數(shù)據(jù)獲取、平臺位置數(shù)據(jù)自動定位等技術(shù)，快速制作試驗區(qū)高分辨率影像圖，采用多尺度評估結(jié)合人工干預(yù)等方法對災(zāi)區(qū)河流、道路、橋梁、房屋等方面的損毀情況進行分析，制作災(zāi)害損毀專題圖，為應(yīng)急部門提供決策支持。

因此，建立的無人機微小型SAR遙感數(shù)據(jù)快速獲取軟硬件平臺，形成的高分辨率地理信息獲取和處理系統(tǒng)，對緩解我國氣候復雜區(qū)域以及應(yīng)急監(jiān)測遙感數(shù)據(jù)快速獲取、處理能力不足的問題具有重要意義。同時，微小型全極化SAR測圖的成功研制實現(xiàn)了微小型全極化SAR測圖核心技術(shù)的突破，提高了自主創(chuàng)新能力；有利于提升對國家重大戰(zhàn)略、重大工程和災(zāi)害應(yīng)急反應(yīng)的服務(wù)保障水平，服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)。

4 結(jié)束語

中國測繪科學研究院雷達測圖課題組在過去近15年間著眼于SAR測圖，在其關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、硬件集成突破、軟件開發(fā)創(chuàng)新等領(lǐng)域進行了長期的研究，取得了較好的成果，促進了我國雷達測圖技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。隨著SAR技術(shù)的日益成熟，SAR在專業(yè)測圖、資源調(diào)查、變化監(jiān)測信息提取等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，SAR測圖技術(shù)本身仍然存在不完美的地方，同時不同應(yīng)用也對SAR技術(shù)提出新的要求。當前SAR測圖面臨的主要問題表現(xiàn)在大交會角影像的稀疏匹配和密集匹配準確率和精度仍不高，影響了其定向自動化和立體模式三維重建的自動化；而InSAR三維重建時因局部失相干情況導致三維重建失敗或出現(xiàn)粗差，導致在大比例尺專業(yè)測繪應(yīng)用中受到限制。提升立體SAR測圖的自動化水平和失相干區(qū)域InSAR三維重建質(zhì)量和精度，是我們當前和今后一段時間在SAR遙感測圖領(lǐng)域努力的一個方向。同時，盡管相比于光學影像SAR在某些地方方面的識別有一定的優(yōu)勢，但對于大多數(shù)地物而言，SAR的分辨能力整體上還是比光學影像弱，加上SAR成像斑點噪聲的影響，地物的高可信解譯仍然是SAR制圖自動化面臨的另一個難點。盡管SAR自動化制圖還存在不足的地方，但SAR技術(shù)的仍處于快速發(fā)展期，其中4維層析技術(shù)能夠解決疊掩區(qū)域散射體分離問題，為散射機制分離提供新的技術(shù)支撐，為復雜地形精確提取提供技術(shù)手段。當?shù)匦螚l件復雜時，分析TomoSAR與差分層析的聯(lián)合，也成為三維信息提取一個重要手段。課題組將繼續(xù)緊跟SAR技術(shù)的發(fā)展，理論聯(lián)系實際，攻克SAR測圖應(yīng)用中存在的難點，促進我國SAR遙感測圖技術(shù)的發(fā)展，推進SAR服務(wù)于我國的自然資源保護與開發(fā)。

參考文獻（略）

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