基于独立参数分解的星载SAR干涉定标技术研究

Interferometric synthetic aperture radar (SAR, InSAR) is one of the most efficient ways to provide surveying and mapping (SAM) DEM products globally. The interferometric accuracy is ensured by the high sensitivity of phase to elevation. However, this suggests high sensitivity of InSAR to kinds of error sources. Therefore interferometric calibration is necessary to ensure the accuracy of DEM products. The traditionally-used calibration methods calculate the interferometric parameters integrately, making the calibration model over-fitted. The reliability and continuity of the parameters are not inheritable as long as spatial coverage or imaging time changes. In this project, we propose an ineterferometric calibration method using independent parameter decomposition. First, we construct the geometric model using minimum valid parameters in order to avoid parameter redundancy and to control error propagation. Secondly, the geometric parameters are used as part of the ineterferometric calibration parameter set which contains all of the necessary interferometric parameters. We subsequently reduce the parameter number by considering both the origination and error exhibition, maintaining only the independent parameters which are used to construct the interferometric calibration model. We propose the calibration algorithm in wide scale covering thousands of kilometers. Then the absolute phase offset values are assessed by considering the accurately calibrated geometric parameters. The proposed method can improve the stability and robustness of the interferometric parameters. Our method is expected to provide references for terrain SAM applications using SAR satellites.

合成孔径雷达干涉技术是迄今为止最有效的全球DEM获取手段之一。它采用干涉相位获取地形信息，从而确保了极高的高程精度，但是也极易受到各类误差的影响，因此干涉定标成为了InSAR高精度地形测绘中的重要技术。传统的干涉定标方法采用多参数联合解算，由于干涉定标参数之间的耦合性强，各参数的解算结果的可靠性和延续性无法保障。针对传统干涉定标算法的缺陷，本项目提出一种基于独立参数分解的SAR卫星干涉定标方法。项目的研究内容包括：建立平面参数定标几何最简化模型，避免过拟合导致的参数适应性差的问题，以最简化模型为前提确立干涉定标参数集合，提出广域范围内基线定标方法，以及基于精确几何参数的绝对相位偏置估计方法，用于解算基线和绝对相位偏置，从而提高干涉定标参数的可靠性与稳健性，为SAR卫星的地形测绘任务提供保障。

L波段差分干涉SAR(陆地探测一号，LT-1)卫星是我国第一组以干涉为核心任务的SAR卫星，卫星具备双星绕飞地形测绘能力。双星绕飞过程中，星间基线保持在700 – 7000 m，以确保模糊高在指定范围内，用以平衡相位解缠精度以及理论几何精度。然而在卫星飞行过程中，部分地面已标定参数在重力的影响下将会发生较大的变化，从而无法保障测绘结果的可靠性。本项目针对卫星参数的精确估计开展研究，提出了独立参数分解的干涉定标方法。该方法通过对误差来源进行剖析，确定了平面误差与高程误差单独解算的方法。其中平面误差主要包括方位向时间误差以及距离向时间误差，本文提出了方位向和距离向误差最小二乘解法，确保平面定位精度。在完成平面定位参数修正的前提下，不再考虑相关参数引入的高程误差，而只针对卫星干涉过程中的相位以及基线等重要参数进行精确估计。其中首先解决绝对相位估计问题。使用两景影像配准过程中生成的偏移量或地面的已知高程信息完成相位估计。此时的残余误差主要是基线相关误差，包括平行以及垂直基线误差两类。两类误差在空间上的分布不同，其中平行基线误差带来基线的距离向相对斜坡，垂直基线误差带来基线的绝对误差。研究过程中基于基线在两方向的不同的误差传递开展误差建模分析，确定误差的解算方法。本文使用覆盖山西大同区域的TanDEM-X开展了实验，实验结果表明，几何检校之前的平面定位精度为4.05-17.79 m，几何检校之后的平面定位精度为2.66 - 4.35 m。干涉检校之前的高程精度为4.15 – 10.55 m，干涉检校之后的高程精度为1.35 – 3.68 m。结果证明了本方法的可靠性，本方法可为LT-1卫星的测绘产品生产提供技术参考。