地表形变监测机载SAR图像数据精度分析与检验方法研究

Airborne differential synthetic aperture radar interferometry(DInSAR) is a technique to measure the deformation of the surface through the repeat-pass acquisitions, where the SAR image with high precision is the fundamental of the deformation parameters extraction. The navigation data and digital elevation model used during SAR imaging can satisfy the image focusing requirement, but result in the position displacements and phase distortions in SAR image, which affects the DInSAR processing strongly. In this project, the accuracy of the SAR image will be investigated concerning the airborne DInSAR application. Firstly, the binding framework between the accuracy of the SAR image and the errors of the navigation system and digital elevation model is studied, which will reveal the production mechanism of the position displacements and phase distortions in the SAR image and promote the research of the compensation of the SAR residual errors. Secondly, the connection between the accuracy of the SAR image and that of the surface deformation measurements will be researched, which can provide a hopeful approach for testing the accuracy of the phase of the SAR image through the repeat-pass interferometry experiments. It is expected to explain the errors of the SAR image and locate and analyze the sources of those errors for the applications of SAR imagery in the remote sensing. The development in this project can be a reference for the integration of the airborne platform and the navigation system and the selection and design of the algorithms for compensating the SAR residual errors. This project will be helpful for the measurement of the surface deformation since the reliable SAR image data can be provided.

机载重轨差分干涉SAR能够监测地表形变，高精度SAR图像是重轨干涉处理的基础。当今导航系统和地形高程精度能够满足SAR聚焦要求，但图像中仍含有残余的位置偏倚和相位误差，为提取差分干涉相位，需进行残余误差补偿。本项目拟开展SAR成像技术同重轨干涉测量地表形变的关联研究。首先，研究SAR图像精度的系统分析方法，得到SAR图像精度同导航系统和地形高程误差的之间的束缚关系，阐明位置偏倚和相位失真的来源，为选择残余误差补偿方法提供参考。其次，研究SAR图像相位精度同地表形变测量精度之间的关系，探索通过重轨干涉试验来检校SAR图像精度的方法。通过本项目的研究，希望为机载SAR图像产品的精度分析方法提供理论和试验支撑，对SAR图像的误差来源进行追溯，为机载SAR平台与导航设备集成、以及运动补偿流程设计提供参考，最终为地表形变监测提供高品质的SAR图像数据。

地表形变是由自然或人为原因造成的一种地球表面变形现象，如地震、滑坡等，给人类的生命、生活带来破坏和威胁，对其进行有效监测，对于改善人类生存环境非常重要。机载 SAR重轨差分干涉系统能够快速监测大面积的地表形变，是机载SAR先进应用方向之一，该应用对机载SAR从系统设计、数据获取、成像处理直至干涉处理都提出了极高的要求。 . 本项目重点研究SAR图像位置和相位精度的分析方法与检验方法，这对于评估所得的SAR图像能否满足地表形变测量的要求、定量解释SAR图像精度等方面都有积极意义。通过本项目的研究，主要完成以下内容。首先，搭建了SAR回波仿真及成像平台，实现从SAR原始回波仿真到SAR运动补偿成像处理的整套流程，为数据处理和理论研究提供了有效的检验平台，在此基础上获得1项软件著作权，完成1项专利申请；其次，从SAR成像处理角度，理论分析了斜距和斜视角等误差对SAR图像的相位和位置的影响，得到了SAR相位和位置误差关于斜距和斜视角的关系表达式，能够定量分析雷达参数精度对SAR图像的影响；再次，针对机载SAR运动补偿，分析了SAR导航数据和DEM数据误差对目标距离变化历史的影响，通过理论推导，归纳得出了导航数据误差和DEM数据误差各自对目标斜距的影响的特点，为SAR图像误差评估和定位提供理论支持；最后，结合实际机载SAR重轨干涉系统飞行数据，完成机载SAR回波数据的高精度运动补偿成像处理，得到高精度的SAR图像数据，并成功用于后续重轨干涉处理，得到干涉纹图。. 本项目研究将有助于定量解释SAR图像精度，追溯SAR图像的误差来源，为机载SAR平台与导航设备集成、以及运动补偿流程设计提供参考，最终为地表形变监测提供高精度的SAR图像数据。