機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)在地形測繪中的應(yīng)用及其進展

廖全軍

摘? 要：隨著科技的進步與發(fā)展，測繪技術(shù)也得到大幅度的提升和發(fā)展。其中機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛。合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)由于其全天候、全天時的工作能力，成為近幾年來攝影測量與遙感領(lǐng)域的研究熱點。機載SAR系統(tǒng)的逐漸增多，為SAR技術(shù)的發(fā)展提供了豐富的數(shù)據(jù)源。該文將針對機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)在地形測繪中的應(yīng)用及其進展進行分析。

關(guān)鍵詞：合成孔徑雷達(dá)? 地形測繪? 機載合成孔徑雷達(dá)? 應(yīng)用前景

中圖分類號：P21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0050-02

合成孔徑雷達(dá)作為雷達(dá)的一種類型，是一種具有高分辨率的成像雷達(dá)（見圖1）。其具體成像方式就是利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對運動把尺寸較小的真實天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一個較大的等效天線孔徑雷達(dá)。相對于普通雷達(dá)而言，合成孔徑雷達(dá)分辨率更高、工作時間更長，并且能夠有效識別偽裝以及穿透掩蓋物。隨著機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，也為合成孔徑雷達(dá)的發(fā)展提供了豐富的數(shù)據(jù)和發(fā)展條件。

1? 機載合成孔徑雷達(dá)的介紹

1.1 合成孔徑雷達(dá)的干涉技術(shù)

首先介紹一下合成孔徑雷達(dá)的干涉技術(shù)。這項技術(shù)主要是依靠飛機或者衛(wèi)星，采用單軌與復(fù)軌的運行模式進行具體勘探。根據(jù)測繪目標(biāo)與前幾天勘探位置的幾何關(guān)系同時結(jié)合復(fù)軌圖像的相位差，從而得到合成孔徑雷達(dá)的干涉紋圖。除此之外，合成孔徑雷達(dá)的干涉技術(shù)還可以繪制勘測目標(biāo)的三維圖像以及獲取DEM數(shù)據(jù)。下面具體的介紹一下：首先針對獲取目標(biāo)的三維圖像，具體方法是利用雷達(dá)成像的相位差數(shù)據(jù)，計算這個數(shù)據(jù)與雷達(dá)波長以及雷達(dá)傳感器高度的關(guān)系從而對數(shù)據(jù)進行分析處理，得到三維圖像。其次，針對DEM數(shù)據(jù)的獲取，具體步驟為先通過雷達(dá)進行相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，此時的收集過程就是應(yīng)用到干涉條紋，然后消除數(shù)據(jù)中的平地效應(yīng)、相位噪聲以及相位解纏等，即可獲得DEM數(shù)據(jù)。

1.2 合成孔徑雷達(dá)的極化干涉技術(shù)以及永久散射體雷達(dá)干涉技術(shù)

首先對極化干涉技術(shù)進行分析，由名字容易得知極化干涉技術(shù)就是把合成孔徑雷達(dá)的極化技術(shù)與干涉技術(shù)相融合。把這兩項技術(shù)結(jié)合以后，合成孔徑雷達(dá)的干涉技術(shù)的優(yōu)點充分體現(xiàn)出來，即測繪精度大大提高，這是由于合成孔徑雷達(dá)的極化技術(shù)解決了由于散射機制而產(chǎn)生的局限性問題。同時這樣的組合方式不僅使測繪精度更高也極大的提升了勘測工作的效率。其次，分析永久散射體雷達(dá)干涉技術(shù)，這項技術(shù)的優(yōu)點就是能夠有效提高長極距離的測繪精度降低由于大氣對勘測工作帶來的影響，同時也能實時監(jiān)控勘測目標(biāo)的沉降狀態(tài)，得到精細(xì)的勘測結(jié)果。表1所示的是全球鷹合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計表。

2? 機載合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用

2.1 機載合成孔徑雷達(dá)在地形勘探領(lǐng)域的應(yīng)用

由于機載合成孔徑雷達(dá)是通過頻段脈沖信號來傳遞信息和數(shù)據(jù)，所以可以滿足多種勘測環(huán)境的需求，同時還能實時監(jiān)控勘測目標(biāo)。比如海洋、天空以及地面勘測都可以使用機載合成孔徑雷達(dá)。在具體的勘探中，由于機載合成孔徑雷達(dá)可以收集很多數(shù)據(jù)，所以需要建立一個較大的網(wǎng)絡(luò)平臺來處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在機載合成孔徑雷達(dá)勘探地面的過程中，不僅可以應(yīng)用在平坦的陸地結(jié)構(gòu)，對于山丘、洞穴，甚至坡地狹縫都可以進行精確的勘探。除此之外，在勘探時可以精確對勘探目標(biāo)進行成像，無論是森林、丘陵，或是綠色植被，都可以清晰地呈現(xiàn)出來。

2.2 機載合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用于工程測量

機組合成孔徑雷達(dá)除了可以應(yīng)用于地形勘探以外，在工程測量中也同樣適用。由于機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的進步，相較于傳統(tǒng)的測量，這項技術(shù)更加經(jīng)濟而且準(zhǔn)確。測量技術(shù)的精確對于工程安全來說起著重要作用，所以在工程上相較于其他測量方式，設(shè)計人員也偏向采用機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)。其不僅可以提供精準(zhǔn)有效的數(shù)據(jù)，還能實現(xiàn)對工程體的多個角度的測量和監(jiān)控，實現(xiàn)高效的測量工作。

3? 機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)主要特點

機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)作為一種新興的測繪技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的雷達(dá)技術(shù)而言存在較大的優(yōu)勢和長足的進步，是對傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)的更新和完善。下面將從幾個方面具體介紹機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的主要特點。

3.1 機載合成孔徑雷達(dá)精度高

由上文介紹可以得知，機載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用到的合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)以及極化干涉技術(shù)和永久散射體雷達(dá)干涉技術(shù)都有效提高了機載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的精度。其主要原因還是機載合成孔徑雷達(dá)的工作原理，即主要應(yīng)用固定頻率的脈沖波來進行測量。其受到天氣和地形因素的影響小，同時該技術(shù)采用獨立的天線進行波段的收發(fā)，這也進一步減小測繪誤差出現(xiàn)的可能性。對于不同的天線收發(fā)的波段統(tǒng)一經(jīng)由合成孔徑處理后再整理收發(fā)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和整理能力極強，不僅能同時分析多根天線的收發(fā)內(nèi)容，還能統(tǒng)一處理分析數(shù)據(jù)，進而提高勘測的精確度。雖然當(dāng)前機載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展迅速，但是隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和革新，測繪精度會進一步提高，同時系統(tǒng)也會越來越精確、優(yōu)良。

3.2 機載合成孔徑雷達(dá)操作簡單效率高

眾所周知，雷達(dá)系統(tǒng)的監(jiān)測和使用都十分復(fù)雜，這就對雷達(dá)系統(tǒng)的使用者提出了較大的考驗。由于對操作人員的專業(yè)技術(shù)要求較高，傳統(tǒng)雷達(dá)勘測系統(tǒng)操作困難、測量誤差大而且工作效率低。但是隨著科技的發(fā)展與進步，當(dāng)前的機載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)操作就簡化很多。當(dāng)前的雷達(dá)系統(tǒng)更加精確，而且操作難度明顯降低，對于操作人員來說，盡管沒有淵博的專業(yè)知識也能迅速上手操作，獲得比較理想的勘測效果。最為典型的例子就是無人勘測機，作為操作者一方只需要操作無人機的方向，勘測系統(tǒng)就可以自動生成所需要方位的圖像，操作人員并不需要花費太多時間和精力進行測量工作以及測量數(shù)據(jù)的分析處理，相較于傳統(tǒng)的測量方式更加高效、便捷。

4? 結(jié)語

綜上所述，機載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)以及其相應(yīng)的勘測系統(tǒng)對于當(dāng)前多個領(lǐng)域，尤其是在地形勘探領(lǐng)域的測繪工作而言十分重要。雖然現(xiàn)在的機載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)仍然存在瑕疵，但是隨著技術(shù)的發(fā)展與進步，相對應(yīng)的勘測系統(tǒng)也能進一步完善發(fā)展，為測繪領(lǐng)域做出更大貢獻(xiàn)，同時擁有更加美好的發(fā)展前景。

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