pos机感应器在哪里,机载SAR 遥感测图技术及应用

新闻资讯 | 2023-03-30 08:11 | 投稿人：pos机之家

网上有很多关于pos机感应器在哪里,机载SAR 遥感测图技术及应用的知识，也有很多人为大家解答关于pos机感应器在哪里的问题，今天pos机之家(www.poszjia.com)为大家整理了关于这方面的知识，让我们一起来看下吧!

本文目录一览：

pos机感应器在哪里

摘要

SAR遥感不同于光学遥感的特点使得其在特定场合的应用有着独特的优势和应用潜力。该文系统介绍了中国测绘科学研究院近10年来在雷达测图数据获取、处理系统建设和雷达测图关键技术研究等方面的代表性成果，包括机载多波段多极化SAR测图系统、X波段双天线极化干涉SAR系统、微小型全极化MiniSAR系统等。针对机载SAR硬件系统的集成和测图软件系统开发中的难点问题和关键技术问题以及创新成果进行了重点阐述，对成果的主要应用进行了简要介绍。该文是SAR测图课题组多年来研究成果一个系统总结，同时对SAR遥感测图技术今后的研发重点进行了展望。

引用格式

黄国满，程春泉，赵争，等．机载ＳＡＲ遥感测图技术及应用［Ｊ］．测绘科学，２０１９，４４（６）：１０５-１１３．

正文

0引言

微波遥感因其具有全天候、全天时的工作能力，能够实现实时动态监测，对一些物体及地表具有一定的穿透能力，这些优点使它在军事和民用上都发挥了重要作用，微波遥感已成为当今世界上遥感界研究开发应用的重点。我国幅员辽阔，存在大范围的多云雾测图困难地区，同时，我国又是灾害频发的国家，迫切需要适应云雾天气、能全天时工作的测图与快速应急响应装备。相比光学航空遥感系统受天气、光照影响较大，机载合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）测图系统以其反应迅速、能全天时全天候工作的特点，成为多云雾测绘困难地区测图和应急响应不可或缺的手段。如雅安地震灾害发生时，震后获取的光学影像虽为决策部门提供了重要的信息支持，但部分数据受到云的影响，不能实现地面灾情遥感数据的全覆盖，也势必影响到地面的受灾信息反映，而SAR系统不受云雾覆盖的影响，可以弥补光学影像欠缺的重要灾情信息。

SAR具有几个明显的特征：全天候工作性能；分辨率高，所摄照片清晰；覆盖面积大，提供信息快；不易受干扰；具有分辨地面固定和活动目标的能力。针对SAR测图能够穿云透雾不受天气影响的优势以及我国光学影像测图困难地区大比例尺测图需求，课题组在SAR测图领域进行了长期的探索和研究，取得了一些有特点的成果，开发集成到软件和硬件中，形成了机载多波段多极化干涉SAR测图系统、X波段双天线极化干涉SAR系统、无人机载miniSAR测图系统，在我国云雾光学测图困难地区发挥了积极的作用。

1 机载多波段多极化干涉SAR测图系统（CASMSAR）

1996—2011年，正值我国西部1∶50 000空白区测图工程执行期间，光学立体卫星影像成为该项工程的主要数据源，但一些区域因常年云雾、积雪原因，光学影像难以胜任。研发机载SAR测图系统是当时面临的一项重要任务，经过4年的努力，课题组研发了国内首套机载多波段多极化干涉SAR测图系统（CASMSAR）。该系统由3大部分组成（图1）：机载多波段多极化干涉SAR数据获取系统、SAR测图工作站和机载SAR数据预处理与分发系统。

图1 机载多波段多极化干涉SAR测图系统

1.1 CASMSAR数据获取系统

具有我国自主知识产权的机载多波段多极化干涉SAR测图数据获取系统的成功研制，填补了国内空白，整体性能达到国际同类先进水平，打破了发达国家对我国的技术壁垒。该系统具有从万米高空穿透云雾、全天时全天候获取0.5~5 m分辨率的多波段（X和P波段）、多极化（HH、HV、VH和VV）干涉与立体SAR数据的能力，解决了我国云雾、冰雪覆盖区域的测图数据获取难题，实现1∶5 000～1∶50 000比例尺测绘^[1]。主要技术优势表现在：

1）高精度运动补偿和大偏流角成像与干涉技术：解决了X波段无稳定平台长干涉基线处理、保相的双通道运动补偿及P波段高精度大孔径运动补偿等关键技术，确保了高质量成像；突破了大偏流角条件下成像和干涉的难题，使偏流角容许值由常规的3°提高至10°^[2]，航线偏离从200 m降低至80 m，实现了飞控导航系统与两部SAR传感器、定位定向系统（position and orientation system，POS）系统的高效集成。与国内类似系统相比，干涉天线从需稳定平台发展至无需稳定平台，基线长度从0.5 m提高至2.2 m，高程精度提高4倍。

2）多传感器时空同步高效集成技术：基于秒脉冲和事件触发技术解决双波段雷达与POS的时空同步问题，实现了飞控导航系统与X波段干涉SAR传感器、P波段极化SAR传感器、POS系统的高效集成，保障了在单次飞行中同步、可靠地获取高精度的干涉和极化SAR数据^[3]。

3）智能导航飞行控制技术：研制了一体化的智能导航和控制系统，实现了灵活机动的航线管理、平稳的航线控制和精确的雷达操作，在载机没有铰链惯导系统的条件下，使航线偏离误差由以往200 m降低至80 m，保证了SAR传感器高精度的成像质量^[3]。

机载多波段多极化干涉SAR数据获取系统以其多波段、多极化、干涉+立体、高精度、宽测绘带和业务化的技术特点成为SAR遥感数据快速获取的高端装备，是国内首个满足1∶5 000～1∶50 000比例尺测图精度的机载SAR业务化运行系统，达到了同期机载SAR测图系统的国际先进水平。

1.2 CASMSAR测图工作站

攻克了复杂地形区域高精度测图等系列核心技术，研发了针对地理信息产品生产的SAR测图工作站，实现了SAR干涉和立体测图、极化分类、信息提取和解译及SAR定量参数反演等功能，实现了立体环境下基于网络化分布式协同的全要素矢量采编一体化的工作模式，可生产1∶5 000～1∶50 000比例尺的数字线划图（digital line graph, DLG）、数字高程模型（digital elevation model, DEM）、数字正射影像（digital orthophoto map, DOM）、地表覆盖图（land cover map, LC）等测绘产品^[1]，是国内外唯一能够综合利用极化、干涉、立体SAR技术实现测图与解译的SAR数据处理与分析系统，性能达到了国际领先水平。技术优势表现在：

1）复杂地形区域高精度DEM提取技术。提出了外部DEM辅助的精化干涉处理、视差编辑辅助的立体SAR提取DEM、多源数据融合的DEM制作等技术，有效解决了复杂地形引起的失相干和误匹配问题^[3-5]。

2）无遮挡、无叠掩的SAR正射影像图制作技术。提出了基于差分全球定位系统（global positioning system，GPS）和姿态测量数据及稀少控制点的正射纠正方法、以及应用多方向、多种极化方式的SAR影像融合制作彩色DOM的技术，有效地解决了叠掩阴影导致的信息缺失问题^[6-7]。

3）多侧视模型互补的SAR立体测图与解译技术。提出了基于几何变换、影像模拟和影像坐标映射三种SAR立体模型制作方法，实现多侧视模型互补的SAR立体测图，解决SAR多立体模型的快速加载与切换等系列快速测图问题^[8]。

4）稀少控制点SAR影像目标定位技术。以严密构像模型为基础，构建了SAR影像观测值的误差方程，并与机载POS、卫星轨道、姿态等多源数据联合平差，实现稀少控制点SAR影像的区域网平差与目标对地定位^[9-10]。

SAR测图工作站综合利用极化、干涉、立体SAR技术实现测图的软件系统，与GAMMA、Earthview和 InSAR等国外知名软件相比，整体达到国际领先水平。首次提出了外部DEM辅助下精化干涉处理、视差编辑辅助的立体SAR提取DEM、多侧视模型互补的SAR立体测图、无遮挡无叠掩的SAR正射影像图制作、多源数据融合的DEM制作、网络协同SAR立体智能解译、多波段/多极化SAR图像分类等多项创新性的核心技术。与国内外知名SAR遥感软件相比，SAR测图工作站功能全面，并增加了雷达干涉/立体提取DEM、DEM精化、多方向的DOM/DEM融合和SAR立体环境下矢量采集与编辑等高效、实用的特色功能。实现了网络化分布式协同工作模式，作业效率提高了30%以上；支持机载和星载SAR数据联合处理^[3]。

1.3 CASMSAR系统的应用

提出了复杂地形区域SAR测图的技术方案、工艺流程，首次制定了我国的SAR测图工艺流程和行业标准，形成了SAR测图技术体系，为利用SAR技术制作DEM、DOM、DLG、LC等系列测图产品提供了整体解决方案，促进了SAR规模化测图的发展，指导完成了西部测图工程横断山脉区域测图任务，为西部测图工程的顺利完成提供了有力的技术支撑保障。通过大量生产实践，首次详细地设计了各工序的技术和方法，设置了各环节质量控制标准，保障了产业化运行。

1）技术方案与工艺流程。综合考虑测区地形条件、植被分布、云雾和冰雪覆盖情况，设计了SAR影像控制测量方案、SAR影像调绘方案、SAR内业测图方案，SAR地表覆盖数据制作方案等。形成了SAR影像调绘、SAR区域网加密、DEM/DOM/DLG/LC制作等工艺流程，解决了因我国西部地区自然地理环境艰难、气候条件复杂带来的系列测图难题。

2）行业标准。制定了1∶50 000地形图合成孔径雷达航空摄影技术规定、1∶50 000地形图合成孔径雷达航空摄影测量技术规定、1∶50 000地形图合成孔径雷达航天摄影测量技术规定，提出了SAR测图生产各个环节的质量控制措施，促进了产业化应用。

3）在国内建立了SAR测图产业化运行体系。本项目联合建立了企业化运行的机载SAR数据获取队伍与机制，构建了高性能集群化的快速预处理与灵活的数据分发系统，形成了产学研用相结合的SAR遥感测图与应急响应产业链。在陕西、黑龙江、四川和重庆分别建立了SAR数据生产作业基地，装备SAR测图工作站100余套，形成了SAR测图的规模化、产业化生产能力，纳入到国家基础测绘体系。

CASMSAR在陕西、黑龙江、四川、重庆、云南和解放军某部等测绘部门使用，完成了横断山脉22万km²SAR测图生产任务和土地调查工作。在海岛礁测绘工程中，作为唯一中标的SAR测图平台装备使用。具体包括2010年SAR航摄数据获取横断山脉区域约11万km²；西安秦岭区域SAR数据约1 200 km²；获取玉树地震区域SAR数据约2 000 km²；2011年西部测图工程横断山脉区域约20万km²，合计502幅图，包括1∶50 000 DOM、DEM、DLG制作。西安秦岭区域SAR测图约1 200 km²。2012年若尔盖湿地SAR航摄数据获取：约1.26万km²；若尔盖湿地SAR测图，合计504幅图，包括1∶10 000 DOM、DEM、DLG制作；927海岛礁测绘SAR测图软件系统。CASMSAR先后为汶川地震灾情信息评估、玉树地震灾情信息获取及评估、海南灾情信息评估等提供了应急保障服务^[11-12]。同时，CASMSAR已经在马来西亚理工大学、国防科技大学、中南大学、首都师范大学等国内外多家科研与教育机构得到了广泛应用。CASMSAR自投入应用以来，已直接应用于西部测图工程、927工程、重大自然灾害快速应急响应、教学与科研。

2 X波段双天线极化干涉SAR系统

该项目的执行期为2011—2016年。当时国内已研发成功多套极化/干涉/极化干涉SAR传感器，并成功实现了SAR传感器载荷与飞行平台的集成，已基本掌握航空航天SAR遥感数据获取关键技术。但是，由于缺乏对SAR成像机理的深刻认识，缺乏高效的SAR影像精确处理模型、定量化的处理手段和通用化快速处理软件系统，SAR处理与解译存在精度低、可判别类别少、处理效率低等难题，导致SAR影像数据的应用受到极大限制^[13]，迫切需要定量化、精准化、高性能SAR处理与解译技术和系统来支撑SAR技术的快速发展和应用需求。在国家863计划项目支持下，经过4年的联合攻关，突破了SAR影像精准处理、高精度三维信息提取、基于知识库的高可信解译、SAR影像核心处理功能加速等系列核心技术，首次研发了能处理国内外航空航天SAR数据、功能齐全、具有PB级影像数据管理和并行处理解译能力的国家级SAR影像处理解译系统，并在地形测绘、土地利用分类与植被覆盖监测等多个领域开展了应用推广。X波段双天线极化干涉SAR系统是其中的一项代表性成果。

2.1 X波段双天线极化干涉SAR硬件系统

X-波段极化干涉合成孔径雷达(polarimetric interferometric SAR，PolInSAR)系统能够在高程精度、极化测量精度、辐射定标精度以及几何测量精度等方面取得突破，对X-波段雷达系统的发射功率容量、接收通道幅相一致性、系统增益稳定度、内定标精度、激励信号带内外杂散抑制有了明显提升。构建的X波段双天线极化干涉SAR获取技术及系统，具备高低空快速数据获取能力，可同时获取0.3~2.5 m X波段全极化干涉数据，具有高分辨率、宽测绘带干涉合成孔径雷达系统，高程精度达到0.28 m，是国际上干涉精度最高的几个雷达系统之一。

1）工作模式设计。在单发双收模式下，两幅X-波段双线极化天线安装在天线吊舱内，以达到2.2 m最长基线，提高干涉精度。在此模式下，微波组合开时钟指向H极化天线，微波组合配置为仅选通两路接收回波到低功率射频的接收机，信号经过低噪声放大、混频、滤波后输出中频信号给数据形成单元，数据形成单元中只有两块AD卡工作，同时采集两路接收机输出的信号，AD量化后的数字信号通过高速总线传输到数据记录系统进行记录，并可根据指令能够同时传输到实时数据处理器进行处理。乒乓模式下，两幅X-波段双线极化天线安装在天线吊舱内，以达到2.2 m 最长基线，提高干涉精度。在此模式下，微波组合通过乒乓开关切换发射通路，提高有效干涉基线的长度，选通四路回波到低功率射频的接收机。低功率射频分别经放大、混频、滤波后输出信号经AD量化后通过高速总线传输到数据记录系统进行记录。极化干涉模式下，两幅X-波段双线极化天线安装在天线吊舱内，以达到2.2 m最长基线，提高干涉精度。在此模式下，H通道与V通道交替乒乓发射，H通道与V通道乒乓接收。低功率射频内分别经放大、混频、滤波后输出信号经AD量化后通过高速总线传输到数据记录系统进行记录。高分辨率模式：此模式为应急测绘使用，在飞行高度较高情况下，使用宽脉宽，低PRF降低系统数据率，增加采样点数，选择使用单通道接收增加应急模式下的测绘幅宽。

2）高分辨率极化干涉SAR硬件系统。系统测绘带宽与距离向波束范围等因素有关，设计了不同工作模式下的测绘带与波束范围，保证在不同分辨率模式下均可满足测绘带宽要求。根据不同分辨率下斜距分辨率与信号带宽之间的关系并考虑设计余量，将分辨率分别为0.3、1和2.5 m的极化干涉SAR信号带宽分别设计为670 MHz、250 MHz和125 MHz。在条带工作模式下，方位向波束宽度在3.5°以上。系统记录数据率为320（MB·s^—1），记录器峰值记录速度可以为320（MB·s^—1），存储容量为2.2 TB。基于双程回波方向图计算得到的最大距离模糊比应小于—35 dB；而方位向模糊比应小于—21 dB。输入动态范围在0.3 m分辨率，2 000 m作业高度时，其等效后向散射系数在—37~—44 dB。在1 m分辨率4 000 m作业高度时，其等效后向散射系数在—32~—37 dB。在2.5 m分辨率，8 000 m作业高度时，其等效后向散射系数在—28~—34 dB。作业高度分别在2 000、4 000、10 000 m时，可以满足0.5、1.0、2.5 m的高程精度要求。

3）高精度极化定标技术。X-波段极化天线拟采用波导缝隙阵列天线，极化隔离度可以达到30 dB以上的隔离度。经过极化定标后，极化隔离度可以进一步提高至35 dB以上。

SAR系统极化通道间幅度不平衡和相位不平衡变化误差依靠内定标技术监测校正，内定标采用脉间连续定标方案，并只进行通道间的相对变化测量，可以获得较高的测量精度，幅度不平衡优于0.2 dB。使用3个无源反射器（1个三面角反射器、1个0°二面角反射器、1个45°二面角反射器）进行极化外定标。对于X-波段，当信杂比优于25 dB时，幅度不平衡误差为0.06 dB，相位不平衡误差为3°。当定标器极化隔离度优于35 dB，幅度不平衡优于0.2 dB，相位不平衡优于2°时，外定标极化隔离度优于35 dB，幅度不平衡优于0.3 dB，相位不平衡优于5°。

2.2关键技术及软件系统

1）SAR通用精确处理技术。通过系列SAR精确处理关键技术的突破，构建了SAR通用精确处技术方法。针对极化SAR影像斑点噪声问题，联合方位向滤波和距离向滤波前置滤波、多尺度多方向的自适应中值滤波、改进自适应Goldstein滤波、极化SAR自适应滤波算法，自适应地抑制InSAR干涉图相位噪声，有效降低了斑点噪声对极化SAR相干性影响，提高了InSAR 干涉对的相干性^[14-15]。针对SAR立体影像间存在严重的辐射变化和几何畸变等问题，提出了适用于机载SAR影像的“多视角自适应归一化互相关系数和”影像匹配方法，解决了大基高比机载立体SAR影像匹配难点，联合随机抽样一致性算法（RANSAC）和分块处理测量，影像匹配错误率由30%下降到5%以内，速度提升2～3倍^[16-17]。构建了多源影像几何定位通用模型，能够适用于不同影像的几何处理，实现了稀少或无地面控制点条件下高分辨率多源机载和星载SAR影像的联合定位，以及光学与SAR影像的联合定位^[18-19]。

2）多模式SAR三维信息提取方法。提出了将干涉相位整周期数作为未知数和目标坐标一起解算的多基线高程反演模型，从而避免了地形复杂区域因相位解缠错误引入的高程误差，显著提升了解算的稳定性的高程精度，并在有效降低偶然误差影响的情况下并不损失地物细节信息，同时适用于机载和星载数据^[20]。建立了SAR影像与纠正影像间的严格转换关系，实现了基于模拟纠正SAR立体影像匹配提取DEM方法；通过几何变换，消除立体像对上下视差，构建SAR立体模型，实现了高精度立体量测^[21-22]；提出立体摄影测量协同解缠相位改正方法，解决了失相干和叠掩、阴影等对三维信息提取影响的问题，InSAR DEM提取精度提升30%^[23-24]。

3）SAR影像处理算法加速。构建了SAR影像加速处理平台，加速平台由宿主计算机和图形处理器（graphics processing unit，GPU）加速卡组成，两部分紧密结合完成SAR影像处理流程，主机系统主要负责影像存储读写与GPU之间的通信，GPU主要负责大规模数据处理；进行加速单元开发平台的构建、主要包括驱动加速卡、安装SDK包和开发库，在Windows平台下与Visual Studio 2010开发环境进行捆绑。开发了基于RPC(rational polynomial coefficient）参数的星载SAR影像几何校正、基于模板的平滑滤波、影像镶嵌、SAR影像配准、SAR影像干涉处理五个加速单元；并使用大幅面影像进行测试，测试处理结果的正确性，五个加速单元均达到了20倍以上的加速比的性能指标^[25]。提出了应对大幅面的核外计算方法（out-of-core），由于单幅影像越来越大，不可能一次将整景影像全部导入GPU进行处理。因此，必须采用核外计算方法（out-of-core），也即影像分块读取并导入GPU，GPU内多线程并行处理，为每个像素分配一个线程，处理结果导出至主机内存，最后写入结果文件。分析得到了三个影响加速性能的主要因素为：单次导入影像计算规模、主机与GPU之间交换的数据量、GPU卡各性能指标。软件将五个常用SAR处理加速单元的集成到系统中。

4）高性能处理环境。SAR影像高性能处理环境构建从运行环境配置、硬件设计、软件支撑和平台构建四个方面构建一个SAR影像高性能处理环境。构建了高速的存储系统网络（光纤网）与相关服务，采用了存储区域网（storage area network，SAN）和海量数据管理技术。构建了由4台计算服务器设备、1台千兆以太网交换机、1台光纤网交换机和5台机柜式磁盘阵列存储设备组成的并行集群计算硬件系统，配置了StorNext和Condor集群软件，利用StorNext实现了存储系统的管理，利用Condor实现了计算节点任务调度等功能。构建了集群的用户操作环境，向并行集群计算系统提交数据处理任务。开展了集群处理试验，证明该集群系统达到了PB级SAR影像处理与管理能力，百个CPU核并行处理能力，单幅SAR影像并行读写能力不低于常规读写的10倍的性能指标。

2.3 X波段机载极化干涉SAR应用

1）通过对不同控制点布设方案、平差方案、以及不同影像组合定位精度对比实验分析的基础上，制定了航空航天SAR影像联合定位的技术规范和技术流程、1∶5 000 1∶10 000地形图合成孔径雷达航空摄影测量技术规定。

2）形成了地形测绘和植被覆盖监测专业应用示范系统，在地形测绘与土地利用分类应用示范区制作了产品1∶5 000、1∶10 000、1∶50 000等3种比例尺DEM、DOM、DLG、土地利用专题产品；在植被覆盖监测应用示范区制作了1∶25 000比例尺的森林植被类型分布图、森林地上生物量分布图。

3）首次在国内构建了星-机-地一体化遥感综合实验区数据库——包括1万km²的机载SAR数据和星载SAR数据，四川若尔盖实验区、内蒙古大兴安岭实验区的激光雷达（light detection and ranging， LiDAR、光学CCD（charge coupled device）、气象水文观测数据、解译样本和林地的样例数据等，实现各种数据库的数据共享，签署了14份数据共享协议。在四川若尔盖尔盖、河南登封等地区开展了稀少或无地面控制点条件下的机载和星载SAR影像定位和区域网平差生产，验证定位模型的可行性与精度。

SAR影像高性能处理解译系统已出售或捐赠给四川测绘局、中水北方勘测设计研究有限责任公司、武汉大学王之卓教育发展基金、中南大学、内蒙古农业大学以及国防领域共计近300套，总计金额近亿元人民币；在四川测绘局、在航天科技集团、中国测绘科学研究院等单位完成了SAR制图监测中得到广泛应用，累积经济效益超过数千万元人民币。

中国测绘科学研究院、武汉大学、中国科学院、林业科学院等单位在SAR不同领域有深厚的研究基础，建立了SAR科研和教育协作机制，在资源整合、关键技术联合攻关、学术交流和学生联合培养方面，形成了良好的交流协作机制，为国内SAR技术的发展提供了联合创新的平台。

3 无人机载MiniSAR测图系统

虽然我国已经具备中、高空机载SAR系统并成功应用于国民经济领域和军事领域，如由中国测绘科学研究院牵头研制的机载多波段多极化干涉SAR测图系统，在测图和应急监测中发挥了重要作用，但受到设备采购成本、使用成本和操作成本相对较高的限制，难以在全国范围内形成多点配置的局面，因此急需低空、超低空，低成本、轻小型无人机SAR测图系统。微小型SAR以其体积小、重量轻、成本低、应急能力与灵活性强，实用性、可靠性高等特点，可用于公共安全、环境监测和各种军事用途，成为当前世界各国对地观测科技工作者共同的愿望和努力目标。2014—2016年，在原国家测绘地理信息局公益行业科研专项经费支持下，启动了无人机载MiniSAR测图系统研制，包括无人机微小型SAR数据获取系统研制和无人机微小型SAR数据处理系统研发，并与测绘地理信息的广泛应用相结合，形成服务于国家重大应用和应急监测保障的微小型SAR测图技术体系和装备能力，并进行规模化应用。

无人机载MiniSAR测图系统的研制中重点突破了微小型全极化SAR系统一体化设计、微型SAR实时处理、微型SAR运动补偿、无人机微小型全极化SAR数据获取系统集成、区域网平差、快速纠正拼接处理、SAR立体测图、极化SAR快速信息提取等核心关键技术，开展了应急监测应用示范。研制成功的无人机载MiniSAR测图系统具备了微小型全极化SAR测图系统规模化测图生产与快速应急响应以及批量装备的能力，提升了SAR遥感数据获取、处理及应用的技术水平。

3.1 MiniSAR硬件系统

根据无人机微小型全极化SAR数据获取系统构建的总体技术要求,研制精确飞行控制与任务规划系统；完成无人机平台适用性升级改进完善；集成设备与平台，最终形成高分辨率、高精度、宽测绘带全极化的无人机微小型全极化SAR数据获取系统。

1）无人机平台适用性改进与完善。根据无人机微小型全极化SAR数据获取系统构建的技术要求，在现有无人机系统中进行选型，首先在任务载荷能力、飞行速度、实用升限等技术参数满足需要；然后对选定的无人机系统进行适用性升级改进和完善，对无人机机体内部结构布局、飞行导航与控制系统、动力系统、电气系统、数据链系统、发射回收方式等分系统进行改进和提高，形成指标先进、性能可靠的无人机平台系统。

2）无人机微小型全极化SAR数据获取系统优化集成。按照无人机微小型全极化SAR数据获取系统技术要求，将微小型全极化SAR传感器系统、飞行控制与任务规划系统、辅助系统、GPS定位系统等设备、数据传输链路与无人机平台进行优化集成，完成设备的互联互通，形成无人机微小型SAR数据获取系统。

3）精确飞行控制与任务规划系统。精确飞行控制系统主要实现飞行任务航线管理，并在保证SAR传感器成像质量的前提下，辅助操控实现精确的航线控制。任务规划系统主要依据数据获取范围和摄影面积、测图方法、测图比例尺、SAR影像分辨率、特殊技术要求以及载机性能参数等，规划SAR数据获取任务分区、飞行架次、数据获取航线图，用于飞控计算机控制雷达获取数据。

3.2 MiniSAR测图软件系统

针对应急采集数据处理要求，研究了无人机SAR影像区域网平差、快速纠正拼接、SAR立体测图、极化SAR快速信息提取等技术，构建了适合微小型SAR数据的测图处理系统。

1）无人机SAR影像区域网平差技术。针对无人机SAR航线规则性差、近远距端入射角差异大、无姿态数据、大斜视角、影像幅宽小、同航线影像前方交会以及内部变形差异大的特点，研究仅基于传感器位置信息的几何模型，研究无控制点条件下的自由网平差相对定向、以及稀少或低精度控制点条件下的SAR影像区域网平差技术，实现微小型SAR影像的定向定位。

2）无人机SAR影像快速纠正拼接技术。研究无人机SAR影像高精度几何纠正方法、基于已有地理数据的控制点快速获取、非理想成像条件下SAR影像的匹配、基于网格采样的SAR影像快速纠正和基于影像几何信息的自动拼接方法，实现正射影像图和应急图件的快速制作^[26]。

3）SAR立体测图技术。研究SAR立体定位方法和理想像对制作方法，获取立体效果良好、量测精度较高的立体模型，用于三维信息提取与解译。研究立体数据自动配对方法，解决无人机SAR立体测图中模型数量较多的问题，满足大规模测图生产和应急数据处理需求。研究全极化SAR彩色立体模型制作方法，充分利用极化信息进行信息提取与解译。

4）典型目标快速提取和变化检测。充分发挥微小型全极化SAR在地震、洪涝、林火、滑坡泥石流等灾害应急中的优势，针对倒塌房屋、阻隔道路、洪水淹没等灾害现象，重点分析受灾地物的极化特征，提出能显著区分受灾地物与正常地物的极化特征因子，准确地提取受灾地物。发展建筑物损毁、道路阻隔和洪涝灾害等极化SAR变化检测的方法。

3.3 系统的应用

1）大比例尺测图技术应用示范。选择典型区域，依托微小型全极化SAR测图系统，采用SAR影像处理及数字化立体测图技术，辅以影像解译、野外调绘及核查等方法，开展典型区域1∶2 000比例尺DLG、DOM、DEM等测绘产品制作，通过生产试验，验证测图系统在大比例尺测图中应用的可行性，建立数据处理和信息提取技术流程与规范，同时对系统性能进行改进与完善。

2）应急监测应用示范。选择典型区域，依托微小型全极化SAR测图系统，基于无人机SAR数据获取、平台位置数据自动定位等技术，快速制作试验区高分辨率影像图，采用多尺度评估结合人工干预等方法对灾区河流、道路、桥梁、房屋等方面的损毁情况进行分析，制作灾害损毁专题图，为应急部门提供决策支持。

因此，建立的无人机微小型SAR遥感数据快速获取软硬件平台，形成的高分辨率地理信息获取和处理系统，对缓解我国气候复杂区域以及应急监测遥感数据快速获取、处理能力不足的问题具有重要意义。同时，微小型全极化SAR测图的成功研制实现了微小型全极化SAR测图核心技术的突破，提高了自主创新能力；有利于提升对国家重大战略、重大工程和灾害应急反应的服务保障水平，服务于国民经济建设。

4 结束语

中国测绘科学研究院雷达测图课题组在过去近15年间着眼于SAR测图，在其关键技术攻关、硬件集成突破、软件开发创新等领域进行了长期的研究，取得了较好的成果，促进了我国雷达测图技术的发展和产业化应用。随着SAR技术的日益成熟，SAR在专业测图、资源调查、变化监测信息提取等领域中的应用越来越广泛，SAR测图技术本身仍然存在不完美的地方，同时不同应用也对SAR技术提出新的要求。当前SAR测图面临的主要问题表现在大交会角影像的稀疏匹配和密集匹配准确率和精度仍不高，影响了其定向自动化和立体模式三维重建的自动化；而InSAR三维重建时因局部失相干情况导致三维重建失败或出现粗差，导致在大比例尺专业测绘应用中受到限制。提升立体SAR测图的自动化水平和失相干区域InSAR三维重建质量和精度，是我们当前和今后一段时间在SAR遥感测图领域努力的一个方向。同时，尽管相比于光学影像SAR在某些地方方面的识别有一定的优势，但对于大多数地物而言，SAR的分辨能力整体上还是比光学影像弱，加上SAR成像斑点噪声的影响，地物的高可信解译仍然是SAR制图自动化面临的另一个难点。尽管SAR自动化制图还存在不足的地方，但SAR技术的仍处于快速发展期，其中4维层析技术能够解决叠掩区域散射体分离问题，为散射机制分离提供新的技术支撑，为复杂地形精确提取提供技术手段。当地形条件复杂时，分析TomoSAR与差分层析的联合，也成为三维信息提取一个重要手段。课题组将继续紧跟SAR技术的发展，理论联系实际，攻克SAR测图应用中存在的难点，促进我国SAR遥感测图技术的发展，推进SAR服务于我国的自然资源保护与开发。

参考文献（略）

往期精彩

刘先林：为社会进步服务的测绘高新技术

卫星重力与卫星测高的研究进展

政务空间信息决策研究综述

“实体中国”与新型基础测绘的思考

【编委报告】路中：Characterizing geohazards from InSAR

2019年第6期目次

关于《测绘科学》

主管：中华人民共和国自然资源部

主办：中国测绘科学研究院

邮箱：chkx@casm.ac.cn