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【摘 要】本文通过简单阐述了SAR技术在地形测绘中的应用。介绍了合成孔径雷达干涉测量技术、差分干涉测量技术、极化干涉技术、永久散射体雷达干涉技术的应用情况，探讨当前我国在地形测绘中应用机载合成孔径雷达干涉测量存在的优缺点以及对这项技术在地形测绘中的应用价值。
【关键词】机载合成孔径雷达；InSAR；地形测绘；应用；进展
近几年，国内空间测量技术不断研究发展，其中机载合成孔径雷达技术与干涉测量系统的相关研究以及实际功能均得到实质性突破。合成孔径雷达技术与雷达干涉测量的显像图形清晰度逐步提升，基本已达到分米级。合成孔径雷达SAR技术具有穿透云层大雾、植被深林以及地面土壤浅表等能力并且可全时间段各种复杂天气中均可正常工作，与其他红外遥感等测绘方式相比较有着显著的优势。因此各类领域广泛应用此技术，例如地质、海洋、冰川、环境监测以及军事测绘等均表现出极大的应用价值，受到学者的重视。干涉雷达应用在测绘方面主要有两大技术支持：1硬件技术支持，近年来机载SAR的精准度已达到0.2～0.5M的精准[1]，为传感器的清晰度提高了重要的数据支撑，2是软件技术支持，如今小波技术、神经网络、模式识别等数据图像处理技术的不断深化研究，早已应用在干涉雷达的测绘工作中，为后期数据处理提供保障。
1.SAR技术
1.1合成孔径雷达干涉测量技术
合成孔径雷达干涉测量主要通过飞机或卫星搭载其探测系统，进行单轨或复轨模式进行观测，探查地面表露图像进行对比。其目标与两天线位置所存在的几何关系，并在幅图像形成相位差，转化为干涉纹图。其干涉纹图主要包括上斜方向的一点与两天线部位之差的详细数据。将雷达呈现影像的相位差数据采用雷达波长、传感器高度、天线基线以及波束视向等各类情况的几何关系，进行相应的图像、数据处理以及几何转化来获取地面观察点的三维数据情况。
干涉雷达的DEM数据提取通过高精准配备、生成干涉条纹图像与相干图像、去平底效应、相位噪声过滤消除、相位解缠、相高转换与地形编码等步骤依次进行[2]。见图一
图1 合成孔径雷达的数据处理相关流程图
雷达干涉技术的测绘主要应用在大范围的数字高程模型Digital Elevation Mode的建立与地形数据制图方面以及对环境表浅地形变化的监测等，例如山地沉降、滑坡以及地质位移的监测等。
1.2差分干涉测量技术
差分干涉测量（D-InSAR）技术是以雷达干涉测量为出发点，通过星载或机载的雷达天线（单轨或双轨）主动向地面目标发射电磁波，并接收地面目标的后向散射回波，同时记录各自回波的相位信息，其测量精度可达到毫米级。尤其在降沉区域内监测地质变化、滑坡、灾害的地形检测具有较高的应用价值。张建龙等[3]通过研究发现差分干涉测量技术在监测地质局部微小变化情况与传统GPS测量有极大的优点，例如差分干涉测量精准度可随地形情况变化，小尺度可进行厘米测量，大范围可迅速测量，可提供大范围的静态监测以及定量的动态监测，早已广泛应用于地形测绘领域。
1.3极化干涉技术
极化干涉技术是指利用雷达干涉测量与极化测量两者相互配合，使探测技术充分发挥雷达测绘地形详细信息的特点[4]，并配合极化测量的特点来完善散射机制中存在的相位中心不稳定性而导致的干涉测量准确度情况，通过两者结合应用，有效解决了地形测绘的精准度，以及为测量林地植被所掩盖的地形地貌测量提供了可能，为评估植被高达提供相关信息。
1.4永久散射体雷达干涉技术
刘国祥等[5]所著的《永久散射体雷达干涉理论与方法》中总结了国内外较多学者对PSI研究结果后认为，在雷达干涉测量图像中将永久散射体找出以减少大气影响，以促进长极限距离的干涉图形数据的利用率。PSI达到30的干涉图形后可精准到毫米。永久散射体的优势在于对某个地形地貌的沉降进行长期监测，可到达极高的精准度，不过该方式在数据处理中较为复杂。
2.机载合成孔径雷达测量的应用
机载合成孔径雷达干涉测量的优点在于非常灵活，可根据测绘任务调节安排，尤其适用于较小的测量区域，并且具有较高的精准度。同时对于山地云雾复杂天气的大比例尺测绘地形具有良好的实用性。但是当机载平台稳定性较差时，也会影响雷达干涉测量在对地形测绘过程中的精准度，形成偏差或误差线扩大，因此机载合成孔径雷达对数据处理的软硬件有较高的要求。需保证机载平台具有良好的稳定性，具备极高精度的GPS与NS惯导系统，其数據处理时需进行测绘带动平差，降低测量值所存在的误差。机载合成孔径雷达干涉测绘的成本较高。张继贤等[6]在文献中报道，国家测绘局对部分地区进行航空飞行测绘实验，检测AIRSAR的成像质量，结果表明飞行机载平台的稳定性对合成孔径雷达地形测绘精准度具有密切相关性。李鹏等[7]研究认为选择飞行机载雷达干涉测绘时尽量选择配备有自动巡航系统的飞行平台，在雷达干涉测绘过程中沿直线、匀速状态，确保飞行质量良好，以避免雷达干涉成像的清晰度与精准度，提升数据的获取效率。利用GPS与NS惯导系统察看飞行轨迹有无出现偏差，结合回波讯号信息评估测绘质量。
3.在地形测绘中应用机载合成孔径雷达技术的展望
近几年，国家越来越重视机载合成孔径雷达技术的发展，已有较多专家学者对怎样提升雷达干涉测量机载的自动导航功能做出了大量研究，通过应用高精度的定位、姿态测量系统来提升成像质量。对雷达测量系统的分辨率改进提供了宝贵的建议，如机载合成孔径雷达的分辨率其实与机载平台所处高度比例无明显相关性，而主要来自于雷达发射带的宽度与合成孔径的长度紧密相关，表明在同一高度测绘不同例尺成像均可实现，无需机载平台过度调整飞行高度，避免了飞行不稳定带来精准度影响。这对我国西南区域的地形测绘带来了极为重要的应用价值。
参考文献：
[1]苗小利.机载干涉合成孔径雷达地形测绘方法及精度分析[J].西安科技大学学报，2013，33（4）：444-449.
[2]彭曙蓉.高分辨率合成孔径雷达干涉测量技术及其应用研究[D].湖南大学，2009.
[3]张建龙，Vernon H.SINGHROY，李晓春等.差分干涉测量技术在四川甲居滑坡监测中应用研究[J].成都理工大学学报（自然科学版），2010，37（5）：554-557.
[4]张林涛.机载SAR极化和干涉定标若干关键问题研究[D].中国科学院研究生院，2011.
[5]刘国祥，陈强，丁晓利等.基于雷达干涉永久散射体网络探测地表形变的算法与实验结果[J].测绘学报，2007，36（1）：13-18.
[6]张继贤，杨明辉，黄国满等.机载合成孔径雷达技术在地形测绘中的应用及其进展[J].测绘科学，2004，29（6）：24-26.
[7]李鹏，王萍，杨正银等.机载合成孔径雷达测图技术研究[J].测绘，2014，（2）：82-85.
【关键词】机载合成孔径雷达；InSAR；地形测绘；应用；进展
近几年，国内空间测量技术不断研究发展，其中机载合成孔径雷达技术与干涉测量系统的相关研究以及实际功能均得到实质性突破。合成孔径雷达技术与雷达干涉测量的显像图形清晰度逐步提升，基本已达到分米级。合成孔径雷达SAR技术具有穿透云层大雾、植被深林以及地面土壤浅表等能力并且可全时间段各种复杂天气中均可正常工作，与其他红外遥感等测绘方式相比较有着显著的优势。因此各类领域广泛应用此技术，例如地质、海洋、冰川、环境监测以及军事测绘等均表现出极大的应用价值，受到学者的重视。干涉雷达应用在测绘方面主要有两大技术支持：1硬件技术支持，近年来机载SAR的精准度已达到0.2～0.5M的精准[1]，为传感器的清晰度提高了重要的数据支撑，2是软件技术支持，如今小波技术、神经网络、模式识别等数据图像处理技术的不断深化研究，早已应用在干涉雷达的测绘工作中，为后期数据处理提供保障。
1.SAR技术
1.1合成孔径雷达干涉测量技术
合成孔径雷达干涉测量主要通过飞机或卫星搭载其探测系统，进行单轨或复轨模式进行观测，探查地面表露图像进行对比。其目标与两天线位置所存在的几何关系，并在幅图像形成相位差，转化为干涉纹图。其干涉纹图主要包括上斜方向的一点与两天线部位之差的详细数据。将雷达呈现影像的相位差数据采用雷达波长、传感器高度、天线基线以及波束视向等各类情况的几何关系，进行相应的图像、数据处理以及几何转化来获取地面观察点的三维数据情况。
干涉雷达的DEM数据提取通过高精准配备、生成干涉条纹图像与相干图像、去平底效应、相位噪声过滤消除、相位解缠、相高转换与地形编码等步骤依次进行[2]。见图一
图1 合成孔径雷达的数据处理相关流程图
雷达干涉技术的测绘主要应用在大范围的数字高程模型Digital Elevation Mode的建立与地形数据制图方面以及对环境表浅地形变化的监测等，例如山地沉降、滑坡以及地质位移的监测等。
1.2差分干涉测量技术
差分干涉测量（D-InSAR）技术是以雷达干涉测量为出发点，通过星载或机载的雷达天线（单轨或双轨）主动向地面目标发射电磁波，并接收地面目标的后向散射回波，同时记录各自回波的相位信息，其测量精度可达到毫米级。尤其在降沉区域内监测地质变化、滑坡、灾害的地形检测具有较高的应用价值。张建龙等[3]通过研究发现差分干涉测量技术在监测地质局部微小变化情况与传统GPS测量有极大的优点，例如差分干涉测量精准度可随地形情况变化，小尺度可进行厘米测量，大范围可迅速测量，可提供大范围的静态监测以及定量的动态监测，早已广泛应用于地形测绘领域。
1.3极化干涉技术
极化干涉技术是指利用雷达干涉测量与极化测量两者相互配合，使探测技术充分发挥雷达测绘地形详细信息的特点[4]，并配合极化测量的特点来完善散射机制中存在的相位中心不稳定性而导致的干涉测量准确度情况，通过两者结合应用，有效解决了地形测绘的精准度，以及为测量林地植被所掩盖的地形地貌测量提供了可能，为评估植被高达提供相关信息。
1.4永久散射体雷达干涉技术
刘国祥等[5]所著的《永久散射体雷达干涉理论与方法》中总结了国内外较多学者对PSI研究结果后认为，在雷达干涉测量图像中将永久散射体找出以减少大气影响，以促进长极限距离的干涉图形数据的利用率。PSI达到30的干涉图形后可精准到毫米。永久散射体的优势在于对某个地形地貌的沉降进行长期监测，可到达极高的精准度，不过该方式在数据处理中较为复杂。
2.机载合成孔径雷达测量的应用
机载合成孔径雷达干涉测量的优点在于非常灵活，可根据测绘任务调节安排，尤其适用于较小的测量区域，并且具有较高的精准度。同时对于山地云雾复杂天气的大比例尺测绘地形具有良好的实用性。但是当机载平台稳定性较差时，也会影响雷达干涉测量在对地形测绘过程中的精准度，形成偏差或误差线扩大，因此机载合成孔径雷达对数据处理的软硬件有较高的要求。需保证机载平台具有良好的稳定性，具备极高精度的GPS与NS惯导系统，其数據处理时需进行测绘带动平差，降低测量值所存在的误差。机载合成孔径雷达干涉测绘的成本较高。张继贤等[6]在文献中报道，国家测绘局对部分地区进行航空飞行测绘实验，检测AIRSAR的成像质量，结果表明飞行机载平台的稳定性对合成孔径雷达地形测绘精准度具有密切相关性。李鹏等[7]研究认为选择飞行机载雷达干涉测绘时尽量选择配备有自动巡航系统的飞行平台，在雷达干涉测绘过程中沿直线、匀速状态，确保飞行质量良好，以避免雷达干涉成像的清晰度与精准度，提升数据的获取效率。利用GPS与NS惯导系统察看飞行轨迹有无出现偏差，结合回波讯号信息评估测绘质量。
3.在地形测绘中应用机载合成孔径雷达技术的展望
近几年，国家越来越重视机载合成孔径雷达技术的发展，已有较多专家学者对怎样提升雷达干涉测量机载的自动导航功能做出了大量研究，通过应用高精度的定位、姿态测量系统来提升成像质量。对雷达测量系统的分辨率改进提供了宝贵的建议，如机载合成孔径雷达的分辨率其实与机载平台所处高度比例无明显相关性，而主要来自于雷达发射带的宽度与合成孔径的长度紧密相关，表明在同一高度测绘不同例尺成像均可实现，无需机载平台过度调整飞行高度，避免了飞行不稳定带来精准度影响。这对我国西南区域的地形测绘带来了极为重要的应用价值。
参考文献：
[1]苗小利.机载干涉合成孔径雷达地形测绘方法及精度分析[J].西安科技大学学报，2013，33（4）：444-449.
[2]彭曙蓉.高分辨率合成孔径雷达干涉测量技术及其应用研究[D].湖南大学，2009.
[3]张建龙，Vernon H.SINGHROY，李晓春等.差分干涉测量技术在四川甲居滑坡监测中应用研究[J].成都理工大学学报（自然科学版），2010，37（5）：554-557.
[4]张林涛.机载SAR极化和干涉定标若干关键问题研究[D].中国科学院研究生院，2011.
[5]刘国祥，陈强，丁晓利等.基于雷达干涉永久散射体网络探测地表形变的算法与实验结果[J].测绘学报，2007，36（1）：13-18.
[6]张继贤，杨明辉，黄国满等.机载合成孔径雷达技术在地形测绘中的应用及其进展[J].测绘科学，2004，29（6）：24-26.
[7]李鹏，王萍，杨正银等.机载合成孔径雷达测图技术研究[J].测绘，2014，（2）：82-85.