基于機載雷達（SAR）影像生產1∶50000數字高程模型（DEM）方法的研究

□ 郄惠強張偉東董震宋建剛

（1.黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱150081；2.黑龍江農墾勘測設計研究院，黑龍江哈爾濱150090）

基于機載雷達（SAR）影像生產1∶50000數字高程模型（DEM）方法的研究

□ 郄惠強1張偉東2董震1宋建剛1

（1.黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱150081；2.黑龍江農墾勘測設計研究院，黑龍江哈爾濱150090）

簡要介紹了利用機載雷達（SAR）影像進行1∶5萬數字高程模型（DEM）的試驗生產，通過具體的生產過程，對機載雷達影像生產1∶50000 DEM的數據特點、生產流程、精度指標等方面進行了分析研究，為機載雷達影像批量化生產DEM產品提供了相應的生產技術流程及質量控制方法。

機載SAR影像；數字高程模型；干涉DEM；立體DEM

引言

隨著測繪技術的快速發展，雷達影像測量技術的重要性已經突顯出來。雷達影像測量技術有力地克服了因測區自然地理環境艱難、氣候條件復雜而帶來的光學影像無法成圖的不利局面，具有效率高、勞動強度低等優點，是空間數據采集的極為有效的手段，在基礎地理信息產品生產中具有很強優勢。

隨著經濟的發展和社會的進步，各部門對地理信息產品的需求也越來越大，地理信息產品的及時更新成為必然發展要求。雷達影像測量技術為縮短地圖更新周期，減少生產成本，提高空間信息獲取的實時性提供了有效方法。雷達影像測量技術可以大幅度提高數據處理效率、減少地面控制工作、縮短地圖更新周期。

雷達影像測量技術在提高測繪保障能力方面所發揮的作用也越來越大，它能為國土資源調查、生態環境監測、災害預防、資源開發、國防安全等方面提供強有力的基礎地理信息保障。所以，利用雷達影像獲得基礎地理信息產品成為測繪技術發展的必然趨勢。

1.機載SAR影像的獲取

此次選擇不同地形類別的2幅機載SAR影像進行試生產，應用SAR正射糾正技術、SAR干涉測量技術和SAR立體測量技術進行DEM生產試驗。

機載SAR影像數據是利用我國自主研制的我國首套機載多波段多極化干涉SAR數據獲取集成系統獲取的。該系統具有X和P兩個波段的傳感器，通過系統集成，形成了在統一的飛控系統的控制下，具備同時獲取兩個波段的SAR數據和輔助數據的能力。在實際獲取影像時，根據地形條件和用途在不同區域分別獲取了四個側視方向的2.5米分辨率的X波段干涉數據、P波段極化數據及相應的POS數據用于生產試驗。

影像數據預處理主要包括極化合成、濾波去噪等，對于P波段數據的四種極化方式HH、VV、HV和VH，按照HH、HV、VV的順序進行彩色合成，并對彩色合成影像進行線性增強處理，形成真實反映地表特征的最佳色彩效果。

2.機載SAR影像的定向

首先利用機載SAR糾正模塊OrthSAR，在每張雷達影像上選取一個地形或地物特征，然后在SPOT-5 HRS和雷達影像上選取同名點，利用光學立體影像加密成果解算得到雷達影像加密點，最后把所得到的大地坐標返回到OrthSAR軟件中，利用雷達數據飛行中的同步獲得的POS數據，進行定向。

2.1 影像同名點選刺

影像同名點選刺如圖1所示。

圖1 雷達影像和光學影像同名點

2.2 影像加密作業流程

影像加密作業流程如圖2所示。

圖2 雷達影像加密流程圖

3.干涉DEM的生成

3.1 干涉生成DEM流程

干涉生成DEM是從覆蓋同一地區的兩幅雷達干涉影像對應數據中提取相位差，并借助獲取SAR數據的瞬間儀器生成的姿態數據（POS）生成DEM。干涉生成DEM流程如圖3所示。

圖3 干涉生成DEM流程圖

3.2 數據預處理

需處理的干涉圖是從原始數據直接處理得出的，其近距端存在無效數據，遠距端數據信噪比比較低，干涉效果比較差，甚至會影響到后續的處理結果，因此需要裁剪，如圖4、圖5所示。

圖4 影像近距無效區和遠距噪聲噪聲較高區域裁剪示意

圖5 影像航向重疊裁剪示意

3.3 選刺控制點

利用X波段獲得的干涉影像數據對照已有的加密條帶立體數據找到同名點，然后用光學影像平差軟件PixelGrid進行同名點坐標解算，最后把所得到的點位坐標返回到OrthSAR軟件中，輔助雷達數據飛行中同步獲得的POS數據進行定向，以消除定向誤差。

3.4 平地效應去除

平地效應就是水平面上高度相同的兩個物體由于衛星的距離不同所產生的相位差異。造成種現象的根本原因是合成孔徑雷達采用的是斜距成像的方式，它是依據接收信號的先后順序成像的，先接收的信號先記錄。

平地效應的存在使得干涉條紋過于密集，對于相位解纏造成很大的困難，因此需要將其去除以方便相位解纏處理。所以利用機載POS數據以及POS與天線之間的幾何關系，可以計算出兩天線的坐標，并進一步計算出基線向量，利用直接定位的方法可以計算出視向量并單位化，將基線向量與單位化后視向量點乘所得數值近似看作兩天線對于同一目標的斜距差，并從干涉相位中扣除斜距差對應的相位。

3.5 相位濾波和相位解纏

由于噪聲的存在，需要對去平后的干涉條紋圖進行濾波。輸入去濾波后的干涉圖，程序自動檢索相干質量圖、創建掩膜圖和解纏后相位圖，從參數文件中讀取解纏參考點的行列號、影像寬度，并設置相干性閾值。

3.6 相高轉換和DEM改正

在解纏之后，即要對解纏后的相位值進行相高轉換，以獲得該地區的高程信息。在相高轉換過程中，首先將去平步驟中去除的平地相位再加入到解纏后的相位中，再根據相位差、天線位置、天線與目標點的幾何關系等計算出目標點的高程。

由于基線、斜距、平均高程等參數不準確，使得計算得出的高程值不準確，因此需要控制點對DEM進行改正。無效區填充值，陰影或其他相干性差的區域在解纏時被掩膜掉，在相高轉換的時候這些區域的高程值為0，不利于后續的地理編碼，需要給一個值，默認參數1即可。

3.7 干涉數據地理編碼和拼接

把經過改正的DEM數據轉換成TIF格式的數據，利用加密的控制點把每個干涉的DEM點進行重新的地理編碼，即把每個DEM的點位投影到大地坐標上。接下來要進行單片干涉數據拼接，經過編碼的干涉數據在拼接前要檢查。因為有些問題是飛機獲取干涉數據時存在許多影響干涉的因素，會形成干涉影像。

在排除各種質量不好的干涉數據后，對每個單片的雷達干涉DEM進行地理編碼，然后利用ERDAS軟件把單片的干涉數據鑲嵌起來，圖內純黑色的為雷達干涉陰影區即無反射雷達波返回區域，豎直的黑白印是單片干涉數據拼接高程有差異的地方。

3.8 融合生成干涉DEM

DEM的處理方法有兩種，一是利用DEM軟件將兩個不同的側視方向進行相互融合；二是利用已有的低精度DEM和干涉的DEM融合。融合的目的是把干涉數據中無雷達波反射的陰影區的DEM進行補充，以得到完整的DEM成果。

4.立體DEM的生成

首先在已有的DLG數據中提取等高線和高程點作為DEM的基礎數據源，然后在立體狀態下量測等高線無法表示的地形地貌特征處的特征點、線，最后使用等高線、高程點和特征點、線構TIN，內插生成立體DEM成果。如圖6所示。

5.結束語

圖6 立體DEM成果

在此次生產試驗中，我們進一步對所生產的DEM成果進行了精度檢測。利用野外實測的控制點和內業立體量測的檢測點對干涉DEM數據進行了高程精度的檢測，檢測結果滿足1∶50000 DEM的生產精度要求，檢測點中誤差3.79米。利用野外實測的控制點和內業立體量測的檢測點對立體DEM數據進行了高程精度檢測，檢測結果滿足1∶50000 DEM的生產精度要求，丘陵地檢測點中誤差2.22米，山地檢測點中誤差6.07米。通過利用雷達影像進行數字高程模型（DEM）的生產試驗，使我們對雷達影像的數據特點、作業流程、精度指標有了客觀的認識和評價，為雷達影像生產DEM產品提供了確鑿的依據和技術支持。同時，也為機載雷達（SAR）影像的批量化生產DEM產品開拓了思路，提供了相應的生產技術流程及質量控制方法。

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【7】《機載激光雷達數據處理技術規范》，CH8023-2011.

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郄惠強（1959年——），男，黑龍江哈爾濱人，測繪工程師，大專學歷，主要從事測繪內業數字化生產管理工作。

P231.5

B

2095-7319（2014）04-0020-05